当河流受到污染后，河水水质通过自然调节逐渐恢复洁净状态的现象。例如：城市污水排放河流后河水发生的变化过程最能反映河流的自净过程。河流的
自净作用主要包括稀释作用、沉淀作用、微生物衰减过程及耗氧-复氧作用。
废水进入河流时，河水和废水相混合，经过一段流程两者混为一体。混合体中虽然掺杂废水带来的各种污染物，但其浓度一般大大低于原废水。这种作用称为
稀释，河水流量和废水流量之比称
稀释比。
微生物是一类特殊的悬浮物。
废水中的微生物主要来自
粪便，也有来自
土壤的。进入
河水后，
病原体由于失去适宜的环境难于
繁殖，相反在不利因素的作用下逐渐死亡。土壤
细菌以及
大肠菌群能够繁殖，而且开始时由于营养充分数目急剧上升;随着营养物(有机物)的逐渐减少和
原生动物的繁殖和吞食，数目就逐渐减少到天然水平。
废水带来的
有机物大多是天然有机物和它们的降解产物，是腐生微
生物的良好养料。进入河水后，在微生物的作用下有机物可经历完全的降解，转化为稳定的
无机物CO2、H2O、NH3、NH、PO、SO等。在
硝化细菌的作用下，氨进一步转化为硝酸根。
在
有机物的无机化过程中微生物同时耗用水中的溶解
氧，使它低于饱和量。于是河流在水面上溶解大气中的氧气(称复氧)，补充溶解氧。耗氧速率决定于有机物浓度(以
生化需氧量为参数)和水温等因素，复氧速率决定于氧饱和不足量(氧饱和浓度和实际氧浓度之差)和水文条件。溶解氧是容易测定的，因此常用溶解氧浓度变化规律反映河段对有机污染的自净过程。在未污染前，河水中的氧一般是饱和的。污染之后，先是河水的耗氧速率大于复氧速率，溶解氧不断下降。随着有机物的减少，耗氧速率逐渐下降；而随着氧饱和不足量的增大，复氧速率逐渐上升。当两个速率相等时，溶解氧到达最低值。随后，复氧速率大于耗氧速率，溶解氧不断回升，最后又出现饱和状态，污染河段完成自净过程。
如果以河流流程作为横坐标，溶解氧饱和率作为纵坐标，在坐标纸上标绘曲线，将得一下垂形曲线，常称氧垂曲线，最低点称临界点（见图）。常用的氧垂曲线的方程式如下 河流自净
式中Dt为河水受污流行 t日后河水与废水混合体中的氧饱和不足量（毫克/升）；D为受污点河水与废水混合水体的氧饱和不足量，对洁净河流D值为零；L为受污点河水废水混合体中的碳素总生化需氧量（毫克/升）;K1为耗氧速率常数（日-1）；K2 为复氧速率常数(日-1)，K2值愈大反映河流自净能力愈强。临界点附近的河段的溶解氧低于4毫克/升左右时，鱼类生存将受影响。如果出现无氧状况，河段将呈现黑臭状态，鱼虾绝迹。