生物降解作用，又称微生物降解作用、细菌降解作用（becteria degradation），由微生物新陈代谢作用导致的石油物理性质、烃类化学组成与原油质量的显著变化，称作石油生物降解作用。

根据细菌种群类别的差异，生物降解作用可以区分为：需氧生物降解与缺氧生物降解两种类型。生物降解作用的结果，使石油产生下述蚀变：①C1-C4气态烃数量减少，直至完全丧失，气油比显著降低；②C10以上液态烃按照抗生物降解潜力的差异，依次顺序降解消失；③原油密度增大，黏度变稠，有时含硫量增加，油质变差，成为重稠油。鉴于各种不同成分、分子结构的烃类具有不同的抗生物降解潜力，抗降解潜力愈弱的烃类，降解作用速率愈高，对生物降解愈敏感，反之亦然。因此，依据不同生物标志物的降解顺序，需要指出的是，在不同种群细菌和（或）不同类型的生物降解作用过程中，同属于“强烈生物降解作用”范畴的第3级和第4级标志性化合物的顺序，可能相互置换。