L'épuration des eaux usées et de l'air vicié ainsi que l'assainissement des décharges sont une préoccupation centrale dans la protection de l'environnement. Ils passent en partie par des procédés biologiques. L'exemple classique du recours aux micro-organismes est celui des installations d'épuration. Le potentiel métabolique des bactéries, des levures et des champignons est si diversifié que des substances non problématiques suffisent pour dégrader des substances nocives. Des micro-organismes peuvent même dégrader du pétrole. Après le naufrage du pétrolier Exxon Valdez, ce sont des micro-organismes qui ont nettoyé quelque 1800 km des côtes de l'Alaska et les ont débarrassées d'environ 40 millions de litres de pétrole.

Les micro-organismes des stations d'épuration ne sont pas génétiquement modifiés. Il existe toutefois des applications de l'assainissement biologique où le génie génétique s'avérerait judicieux. Par exemple pour éliminer des substances comme les composés organiques volatiles à longue chaîne ou la dioxine, qui ne sont toujours pas biodégradables. De nombreux projets portent sur la recherche de voies métaboliques adaptées au sein des micro-organismes. D'autres équipes travaillent à améliorer des plantes transformant les métaux lourds. Grâce au génie génétique, on est déjà parvenu à modifier des plants de moutarde de telle manière qu'ils absorbent le mercure présent dans le sol et le transforment en molécules posant moins de problèmes.