Om de haalbaarheid van natuurlijke afbraak als saneringsvariant goed te kunnen beoordelen is het noodzakelijk om inzicht te hebben in de achterliggende biologische processen en benodigde omgevingscondities.

Voor omgevingscondities zie verder omgevingscondities.

Biologische processen bestaan in essentie uit de overdracht van elektronen: van een elektronendonor naar een elektronenacceptor. Deze reactie wordt ook een reductie- oxidatiereactie (ofwel redoxreactie) genoemd. De elektronendonor wordt hierbij geoxideerd door de afgifte van een elektron. De elektronenacceptor wordt gereduceerd door de opname van een elektron.

Bij deze overdracht komt energie vrij die voor allerlei processen in het organisme wordt gebruikt. Voor elk biologisch proces is de aanwezigheid van zowel een donor als acceptor essentieel. Indien een van beide ontbreekt vindt er geen biologische afbraak plaats.

De meeste organische verontreinigingen (zoals minerale olie en aromaten) hebben een gereduceerd karakter. Ze dienen als elektronendonor en worden afgebroken via oxidatieve processen. Een belangrijke uitzondering hierop wordt gevormd door een aantal gechloreerde verbindingen. Dit zijn geoxideerde verbindingen die omgezet worden via reductieve processen.

Als elektronenacceptor komen de volgende stoffen in aanmerking: zuurstof, nitraat, driewaardig ijzer, sulfaat en koolstofdioxide (zie onderstaande tabel). Al deze stoffen kunnen elektronen opnemen en worden daarbij omgezet in respectievelijk koolstofdioxide en water, stikstofgas, tweewaardig ijzer, sulfide of methaan. De aan- of afwezigheid van elektronenacceptoren bepaalt de redoxcondities in een bodem en het betreffende grondwater en daarmee dus voor een groot deel welke reacties wel en niet kunnen plaatsvinden.

De elektronenacceptoren in de bovenstaande tabel zijn weergegeven in volgorde van afnemende energieopbrengst. In principe worden in de bodem eerst de verbindingen gebruikt die de meeste energie opleveren. Wanneer zuurstof aanwezig is overheersen daarom de aërobe processen, ongeacht welke andere elektronenacceptoren verder nog aanwezig zijn. In afwezigheid van zuurstof en aanwezigheid van nitraat overheersen nitraatreducerende condities. Methanogenese is energetisch het minst gunstige proces en treedt pas op als zuurstof, nitraat, ijzer(III) en sulfaat niet meer aanwezig zijn in het grondwater.

Voor de specifieke biologische afbraak van minerale olie, aromaten en gechloreerde verbindingen zie natuurlijke afbraakprocessen