Tảo có tốc độ sinh trưởng nhanh, chịu đựng được các thay đổi của môi trường, có khả năng phát triển trong nước thải, có giá trị dinh dưỡng và hàm lượng protein cao, do đó người ta đã lợi dụng các đặc điểm này của tảo để: xử lý nước thải và tái sử dụng chất dinh dưỡng. Các hoạt động sinh học trong các ao nuôi tảo lấy đi các chất hữu cơ và dinh dưỡng của nước thải chuyển đổi thành các chất dinh dưỡng trong tế bào tảo qua quá trình quang hợp.
Hầu hết các loại nước thải đô thị, nông nghiệp, phân gia súc đều có thể được xử lý bằng hệ thống ao tảo. Tảo dùng năng lượng mặt trời để quang hợp tạo nên đường, tinh bột… Do đó việc sử dụng tảo để xử lý nước thải được coi là một phương pháp hữu hiệu để chuyển đổi năng lượng mặt trời thành năng lượng của cơ thể sống.
Ngoài ra, tảo còn tiêu diệt các mầm bệnh. Thông qua việc xử lý nước thải bằng cách nuôi tảo, các mầm bệnh có trong nước thải sẽ bị tiêu diệt do: sự thay đổi pH trong ngày của ao tảo do ảnh hưởng của quá trình quang hợp; các độc tố tiết ra từ tế bào tảo; và sự tiếp xúc của các mầm bệnh với bức xạ mặt trời (UV).
Sử dụng tảo xử lý nước thải cần chú ý đến các yếu tố như dưỡng chất ammonia là nguồn đạm chính cho tảo tổng hợp nên protein của tế bào thông qua quá trình quang hợp. Phosphor, magnesium và potassium cũng là các dưỡng chất ảnh hưởng đến sự phát triển của tảo.
Độ sâu của ao tảo được lựa chọn trên cơ sở tối ưu hóa khả năng của nguồn sáng trong quá trình tổng hợp của tảo.
Theo các cơ sở lý thuyết thì độ sâu tối đa của ao tảo khoảng 12,5 cm. Nhưng những thí nghiệm trên mô hình cho thấy độ sâu tối ưu nằm trong khoảng 20 – 25 cm.
Thời gian lưu tồn của nước thải tối ưu là thời gian cần thiết để các chất dinh dưỡng trong nước thải chuyển đổi thành chất dinh dưỡng trong tế bào tảo.
Thường thì người ta chọn thời gian lưu tồn của nước thải trong các ao lớn hơn 1,8 ngày và nhỏ hơn 8 ngày.
Lượng BOD nạp cho ao tảo ảnh hưởng đến năng suất tảo vì nếu lượng BOD nạp quá cao, môi trường trong ao tảo sẽ trở nên yếm khí, ảnh hưởng đến quá trình cộng sinh của tảo và vi khuẩn.
Một số thí nghiệm ở Thái Lan cho thấy trong điều kiện nhiệt đới độ sâu của ao tảo là 0,35 m, HRT là 1,5 ngày và lượng BOD nạp là 336 kg/ha/ngày là tối ưu cho các ao tảo và năng suất tảo đạt được là 390 kg/ha/ngày.
Khuấy trộn và hoàn lưu: quá trình khuấy trộn trong các ao tảo rất cần thiết nhằm ngăn không cho các tế bào tảo lắng xuống đáy và tạo điều kiện cho các dinh dưỡng tiếp xúc với tảo thúc đẩy quá trình quang hợp.
Trong các ao tảo lớn khuấy trộn còn ngăn được quá trình phân tầng nhiệt độ trong ao tảo và yếm khí ở đáy ao tảo. Nhưng việc khuấy trộn cũng tạo nên bất lợi vì nó làm cho các cặn lắng nổi lên và ngăn cản quá trình khuếch tán ánh sáng vào ao tảo.
Moraine và các cộng sự viên (1979) cho rằng tốc độ dòng chảy trong ao tảo chỉ nên ở khoảng 5 cm/giây. Hoàn lưu giúp cho ao tảo giữ lại được các tế bào vi khuẩn và tảo còn hoạt động; giúp cho quá trình thông thoáng khí, thúc đẩy nhanh các phản ứng trong ao tảo.
