Sularda yaşayan organik maddelerin biyokimyasal oksidasyonu sırasında mikroorganizmalar tarafından kullanılan oksijen miktarına biyolojik oksijen ihtiyacı denmektedir. Yani organik maddelerin karbondioksite dönüşürken gerek duyduğu oksijen miktarıdır.

Organik maddeler oksijen ile birlikte mikroorganizmalar tarafından parçalanırken karbondioksit, yeni hücreler ve enerji açığa çıkmaktadır. Bu parçalanma sırasında gerekli olan oksijen miktarı, biyolojik oksijen ihtiyacını verir.

Biyolojik oksijen ihtiyacı (BOİ) tayini genelde atıksulardaki organik karbon miktarını ölçmek ve arıtma tesislerine gelen organik yükleri tespit etmek amacı ile yapılmaktadır. Bu analizler, biyolojik oksijen ihtiyacını gidermek için gerekli zamanı belirlemek ve bu açıdan arıtma tesislerinin verimli çalışmasını belirlemek için de gereklidir. Bu analizler ile atıksu tesisinin deşarj standartlarını karşılayıp karşılamadığı da anlaşılmış olmaktadır.

Atıksular içinde organik maddeler bulunduğu için, bunların konsantrasyonları kirlilik derecesinin ölçüsü olarak kabul edilmektedir. Ancak atıksuların bileşimleri oldukça farklıdır. Bu nedenle genelde içeriğindeki maddeler konsantrasyonları ile ifade edilmektedir. Organik maddelerin ölçüsü olarak, içeriğinde bulunan karbonlu maddelerin oksitlenmesi sırasında harcanan oksijen miktarı esas alınır ve bu değer biyolojik oksijen ihtiyacıdır (BOİ). Biyokimyasal oksidasyon, atıksu içinde gelişen bir yanma olayıdır ve bu yanma sırasında atıksuda çözünmüş durumda olan oksijen kullanılır. Oksijen ne kadar fazla kullanılırsa, atıksudaki organik madde miktarı o kadar yüksek demektir.

İçinde organik madde bulunan suların oksijen ihtiyacı, karbonlu maddeler tamamen karbondiokside dönüşünceye kadar artar. Bu da en fazla 10 gündür. Bu süre sonunda suda bulunan bütün karbonlu maddeler ayrışmış olur. Kanalizasyon sistemi etkili çalışıyorsa, BOİ değeri genelde ortalama 54 g/kişi-gün civarındadır.

Laboratuvarlarda, kimyasal testler kapsamında atıksularda biyolojik oksijen ihtiyacı tayini çalışmaları yapılmaktadır. Bu çalışmalar sırasında yerli ve yabancı kuruluşlar tarafından çıkarılan standartlara uyulmaktadır.