水文生物地球化学作用包括氧化和还原、溶解和沉淀、吸附和解吸附、迁移和转化细菌生化反应等作用。受生物，特别是微生物的控制。在地下水系统中，微生物对氧化还原敏感组分的反应动力学特性影响较强。一方面，微生物活动产生的生物酶可大大改变不同形态氧化还原敏感组分的生化反应速率；另一方面，微生物的新陈代谢可加速物质的转化和循环。例如，生活在有氧/无氧界面的硫细菌，如白硫菌等，可使氧与其他还原态产物的反应速率增加几倍。有机质是水文生物地球化学作用的原动力，发生在含水介质-水界面的电子、质子和配位体转化反应都是由有机质供给的。地下水系统中有机质的生物有效性决定了微生物的种群和多样性，进而影响呼吸作用、氧化还原作用的强度等。地下水动力学条件通过混合、稀释、输入、弥散等方式也影响着水文生物地球化学作用。含水系统中的有机碳、铁锰氧化物、碳酸盐和黏土矿物能够吸附或结合微量元素，因此这些微量元素的行为与这些物质的化学相的行为密不可分。许多微量元素浓度受一种或多种化学相表面吸附作用的控制。受水文生物地球化学作用影响时，化学相被还原或溶解，处于吸附或结合态的微量元素以相同价态形式释放进入地下水中。

对水文生物地球化学作用的认识，依赖于物理、化学、生物学和水文地球化学等多学科的综合研究。界面的任何化学和物理反应都在界面水体和含水介质赋存形态剖面中得到反映，地下水元素价态和含水介质的元素赋存形态剖面是水文生物地球化学反应的灵敏指示剂。碳、氮、磷、硫等营养元素，铁、锰、砷、铬、镉、铀、硒等氧化还原敏感组分，铅、铜、锌等微量金属在地下水和含水介质剖面的含量、化学价态、赋存形态、活性和反应性是水文生物地球化学的重要研究内容。此外，微生物的种群特征、功能基因以及生物化学特性与上述元素含量、化学价态、赋存形态、活性和反应性的耦合也是水文生物地球化学研究的趋势。水文生物地球化学作用是环境地球化学循环和生物系统耦合的重要环节，是控制和调节地下水和含水介质之间物质输送和交换的重要途径。