As fossas sépticas possuem dois compartimentos onde se desenvolvem microrganismos anaeróbios responsáveis pelo processo biológico de digestão anaeróbia (decomposição) da matéria sólida em suspensão e dissolvida nas águas residuais.

No primeiro compartimento formam-se lamas, constituídas por microrganismos e pelos materiais sólidos que se acumulam no fundo do compartimento. Estas lamas também sofrem uma digestão anaeróbia. Durante a digestão anaeróbia libertam-se gases, nomeadamente o metano que é tóxico, arde e explode facilmente, pelo que a maioria das fossas sépticas têm chaminés para a saída de gases. A parte líquida das águas residuais passa para o segundo compartimento, onde os microrganismos anaeróbios continuam a transformar a matéria em suspensão e dissolvida na água, que não sofreu a decomposição no primeiro compartimento.

De modo a aumentar a área e o tempo de contacto entre os microrganismos e a água, tornando assim o tratamento mais eficiente, verificam-se as seguintes situações:

- Nas fossas sépticas com leito percolador existem seixos e brita grossa no último compartimento, que permitem o desenvolvimento dos microrganismos em seu redor;
- Nas fossas sépticas com poço absorvente existem um ou dois poços de tijolo com aberturas, situados depois do segundo compartimento, que permitem o desenvolvimento dos microrganismos na parede do poço e a passagem da água para o solo através das aberturas;
- Nas fossas sépticas com trincheiras infiltrantes existem muros de tijolo com aberturas, situados depois do segundo compartimento, que permitem o desenvolvimento dos microrganismos no interior dos muros e a passagem da água para o solo através das aberturas.

Os solos devem ser permeáveis para que a água se escoe. Quando isto não acontece, o terreno fica inundado. Além disso, a fossa séptica não deve estar perto dum aquífero, o que por vezes acontece por dificuldades de instalação no terreno, para evitar que as águas residuais se misturem com as do aquífero sem atravessarem uma quantidade significativa de solo. Isto porque o solo é responsável por um tratamento natural da água, quer filtrando-a, quer por acção de microrganismos e plantas.

Devido à formação das lamas, é necessário limpar os compartimentos cerca de três vezes por ano, retirando as águas residuais e as lamas em excesso (no máximo até cerca de 30 cm do fundo, para não remover todos os microrganismos).