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Demanda de oxígeno
La sustancia más común presente en un agua que puede ser oxidada por el oxígeno es la materia orgánica de origen biológico, como la materia vegetal y los residuos de animales. Si se supone, por simplicidad, que la materia orgánica es un hidrato de carbono polimérico con una fórmula empírica aproximada a CH2O, la reacción de oxidación que tendría lugar sería:


Unadeterminación más rápida de la demanda de oxígeno puede realizarse evaluando la demanda química de oxígeno (DQO). En este caso, es el anión dicromato en medio ácido (típicamente ácido sulfúrico ya que él mismo es a su vez un agente oxidante) el responsable de realizar la oxidación de la materia orgánica presente a través de la siguiente semirreacción

En la práctica, se añade un exceso de dicromato paragarantizar que toda la materia orgánica es destruida. Posteriormente se valora el exceso con un agente reductor, como una disolución de Fe2+ (este procedimiento se denomina valoración por retroceso).
Ante la gran ventaja de disponer del valor de la demanda de oxígeno de una forma rápida como DQO, existe el problema de que oxida también sustancias que son más o menos estables frente al oxígeno(como la celulosa o el anión Cl‒) ya que este es bastante más suave como oxidante, por lo que generalmente los valores de DQO son algo mayores que los de DBO. Sin embargo, ninguno de los dos métodos es capaz de oxidar hidrocarburos aromáticos ni muchos alquenos, por lo que por un lado no interfieren en la medida y por otro, si se sospecha de aguas contaminadas por estos compuestos, es necesariorecurrir a otras técnicas.
Descomposición anaeróbica de materia orgánica en aguas naturales
La materia orgánica disuelta en agua puede descomponerse en condiciones anaerobias (sin oxígeno) si están presentes las bacterias apropiadas. Las condiciones de ausencia de oxígeno tienen lugar de forma natural en aguas estancadas, y en la parte inferior de lagos profundos. Las bacterias actúan sobre elcarbono a través de una reacción especial denominada reacción de desproporción. Se dice que un compuesto sufre una reacción de desproporción (se desproporciona) cuando se descompone de tal manera que una parte se oxida y otra se reduce. Es un caso especial de reacciones redox. En el caso de un hidrato de carbono (de fórmula empírica simplificada CH2O) las bacterias actúan generando CH4 (reducción) yCO2 (oxidación).


Este proceso es un ejemplo de una reacción de fermentación. Debido a la baja solubilidad del metano en agua, este forma burbujas y escapa hacia la atmósfera. Esta misma reacción se utiliza en los llamados digestores utilizados en ciertos lugares en vías de desarrollo (India, Bolivia...) para la obtención de metano como combustible a partir de residuos orgánicos.
Puesto quelas condiciones anaerobias son intrínsecamente reductoras en sistemas naturales, el Fe3+ inmovilizado en el fondo de los lagos en forma de compuestos insolubles (hidróxidos) va a ir pasando a Fe2+ que es mucho más soluble, creándose un equilibrio entre ambas formas.
En un lago podemos encontrar simultáneamente condiciones aeróbicas y anaeróbicas.
Por ejemplo, en verano, suele crearse unaestratificación relativamente estable en el agua de un lago ya que el agua superior se calienta, siendo esta menos densa y flotando sobre la capa inferior más fría. La capa superior, a pesar de estar más caliente, presenta valores próximos a la saturación debido al mejor contacto con el aire y a la actividad biológica de las algas que realizan la fotosíntesis. Así pues, las condiciones en esta 'capa' sonaeróbicas y los elementos se encuentran en sus formas más oxidadas: el carbono como CO2, ácido carbónico y/o bicarbonatos, el azufre como sulfato, el nitrógeno como nitrato, el hierro como Fe(OH)3 insoluble, etc. Cerca del fondo, sin apenas oxígeno, ya que el poco que hay se consume descomponiendo parte de la materia orgánica, los elementos suelen estar en sus formas más reducidas: el carbono...