Empregam-se principalmente microrganismos existentes em meios contaminados (autóctones), como bactérias e fungos actinomicetos. Os microrganismos obtêm a fonte de carbono necessária para o crescimento de suas células e a energia para suas funções metabólicas à partir da decomposição total ou parcial de substâncias tóxicas (por exemplo, um hidrocarboneto), que pode exigir um aporte de nutrientes e outras fontes de carbono biodegradável.

As técnicas podem ser: 1) tipo aeróbico, se o processo ocorrer em um meio oxidante (presença de oxigênio molecular, que atua como um receptor de elétrons); exige que, em caso de empilhamento do material, ele deve ser revolvido regularmente ou realizar-se uma injeção forçada de ar na base da biopilha; 2) do tipo anaeróbico, se o processo ocorrer em um meio redutor (o SO₄^2-, ou Fe³⁺, entre outras, atuam como receptores de elétrons), como a técnica landfarming), que consiste em escavação e sua disposição em solo impermeável (em uma camada não superior a 1,5 m), onde a recuperação é realizada e a atividade microbiana aeróbica é estimulada.

O desenvolvimento de abordagens metagenômicas e o avanço da tecnologia de sequenciamento de DNA de alto rendimento fornecem uma compreensão mais profunda das capacidades metabólicas da comunidade microbiana natural contra contaminantes. Além disso, os avanços na engenharia genética permitiram que material genético de bactérias resistentes a metais, por exemplo, fossem usados para inseri-lo no genoma de uma planta que, em seguida, adquiriria essa nova característica.