二次沉澱池的主要作用包括泥水分離、污泥濃縮、澄清混合液、回收和濃縮活性污泥，以及去除污水中的懸浮物和有機物等。具體如下：
泥水分離。通過沉澱固體物質和過濾污水，使污水中的懸浮顆粒和其他固體雜質因沉降速度不同而分離出來，較大的固體顆粒被沉澱到池底。
污泥濃縮。減少回流污泥的含水率。
澄清混合液。保證出水水質，使水質達到國家排放標準或再次利用標準。
回收和濃縮活性污泥。有助於提高整個活性污泥系統的處理效率。
去除污水中的懸浮物和有機物。如動植物殘體、生活垃圾等，降低水中有機物質的含量。
此外，二次沉澱池還具有深度除磷和除氮的作用，可以通過控制水流速度讓泥顆粒集聚，形成較長的停留時間，促進磷的化學反應沉澱，以及通過促進硝化作用和反硝化作用降解氨氮、亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮，轉化為氮氣排放。