活性污泥是全球最常用的生物废水处理人工生态系统，微生物是驱动其污染净化能力的关键。活性污泥微生物群落所有物种或基因(简称“微生物组”)的研究先后经历了“显微镜观察和纯菌培养分离”(1915)、“PCR扩增-测序”(1994)和“高通量测序-宏基因组学分析”(2006)三个重要阶段的发展变迁。相应地，我们对活性污泥微生物组的认知经历了从最早对微型动物(如钟虫和轮虫)及其它微生物的形貌观察和纯种培养鉴定到今天对整个微生物组的全局多样性认识的飞跃。近12年来，基于高通量测序的宏组学方法被广泛应用于揭示活性污泥微生物群落组成结构和功能，我们现在充分意识到活性污泥微生物组蕴藏着大量不可培养新物种和基因多样性，驱动着各类污染物的降解与转化。目前，特异性分子标记基因的扩增子测序技术已经被广泛应用于揭示城市和工业废水处理活性污泥微生物组和典型功能种群(如硝化细菌和聚磷菌)的时空多样性和群落构建机制，揭示群落构建过程和机制是实现精准微生物组调控的理论基础。宏基因组学研究在群落、种群和个体基因组水平全面解析了活性污泥微生物组驱动的碳氮磷元素循环过程，有机微污染物降解和转化机理。将来活性污泥微生物组学研究需要在“标准化的组学分析方法和绝对定量”、“高通量培养组学”、“高通量功能基因组学”和“多组学方法的结合和多种方法并用”4个方面取得实现精准生态基因组学所需的技术突破，以最大限度发掘活性污泥微生物组在污水处理与资源回收领域的应用与生态学价值。