環境受到污染後，在物理、化學和生物的作用下，逐步消除污染物達到自然淨化的過程。環境自淨按發生機理可分為物理淨化、化學淨化和生物淨化三類。
物理淨化 環境自淨的物理作用有稀釋、擴散、淋洗、揮發、沉降等。如含有煙塵的大氣，通過氣流的擴散，降水的淋洗，重力的沉降等作用，而得到淨化。混濁的污水進入江河湖海後，通過物理的吸附、沉澱和水流的稀釋、擴散等作用，水體恢復到清潔的狀態。土壤中揮揮發性污染物如酚、氰、汞等，因為揮發作用，其含量逐漸降低。物理凈化能力的強弱取決於環境的物理條件和污染物本身的物理性質。環境的物理條件包括溫度、風速、雨量等。污染物本身的物理性質包括比重、形態、粒度等。此外，地形、地貌、水文條件對物理凈化作用也有重要的影響。溫度的升高利於污染物的揮發，風速增大利於大氣污染物的擴散，水體中所含的粘土礦物多利於吸附和沉淀。
化學凈化 環境自凈的化學反應有氧化和還原、化合和分解、吸附、凝聚、交換、絡合等。如某些有機污染物經氧化還原作用最終生成水和二氧化碳等。水中銅、鉛、鋅、鎘、汞等重金屬離子與硫離子化合，生成難溶的硫化物沉淀。鐵、錳、鋁的水合物、粘土礦物、腐植酸等對重金屬離子的化學吸附和凝聚作用，土壤和沉積物中的代換作用等均屬環境的化學凈化。影響化學凈化的環境因素有酸堿度、氧化還原電勢、溫度和化學組分等。污染物本身的形態和化學性質對化學凈化也有重大的影響。溫度的升高可加速化學反應，所以溫熱環境的自凈能力比寒冷環境強。這在對有機質的分解方面表現得更為明顯。有害的金屬離子在酸性環境中有較強的活性而利於遷移；在堿性環境中易形成氫氧化物沉淀而利於凈化。氧化還原電勢值對變價元素的凈化有重要的影響。價態的變化直接影響這些元素的化學性質和遷移、凈化能力。如三價鉻(Cr3+)遷移能力很弱，而六價鉻(Cr6+)的活性較強，凈化速率低。環境中的化學反應如生成沉淀物、水和氣體則利於凈化；如生成可溶鹽則利於遷移。
生物凈化 生物的吸收、降解作用使環境污染物的濃度和毒性降低或消失。植物能吸收土壤中的酚、氰，並在體內轉化為酚糖甙和氰糖甙，球衣菌可以把酚、氰分解為二氧化碳和水；綠色植物可以吸收二氧化碳，放出氧氣。鳳眼蓮可以吸收水中的汞、鎘、砷等化學污染物，從而凈化水體。同生物凈化有關的因素有生物的科屬，環境的水熱條件和供氧狀況等。在溫暖、濕潤、養料充足、供氧良好的環境中，植物的吸收凈化能力強。生物種類不同，對污染物的凈化能力可以有很大的差異。有機污染物的凈化主要依靠微生物的降解作用。如在溫度為20～40℃，pH值為6～9，養料充分、空氣充足的條件下，需氧微生物大量繁殖，能將水中的各種有機物迅速地分解、氧化、轉化成為二氧化碳、水、氨和硫酸鹽、磷酸鹽等。厭氧微生物在缺氧條件下，能把各種有機污染物分解成甲烷、二氧化碳和硫化氫等。在硫磺細菌的作用下，硫化氫可能轉化為硫酸鹽。氨在亞硝酸菌和硝酸菌的作用下被氧化為亞硝酸鹽和硝酸鹽。植物對污染物的凈化主要是根和葉片的吸收。城市工礦區的綠化，對凈化空氣有明顯的作用。