Um tópico interessante e muito estudado, a auto-purificação de riachos descreve a capacidade dos riachos de se limparem gradualmente, melhorando a qualidade da água ao longo do tempo se nenhuma nova poluição for introduzida. Dado o interesse em métodos de purificação de água à medida que água doce se torna um recurso cada vez mais escasso na Terra, muita pesquisa foi dedicada ao tema. Embora mecanismos de auto-purificação na ecologia de riachos não sejam ainda totalmente compreendidos, vários fatores críticos foram identificados.
Ecossistemas de riachos têm capacidade de digestão biológica de poluentes. Microrganismos e organismos maiores como plantas e animais, por exemplo, absorvem pequenas porções de contaminantes dissolvidos na água ou se alimentam de contaminantes microbiológicos como bactérias de esgoto. Enquanto contaminantes como mercúrio não podem ser digeridos por organismos vivos e assim se acumulam no ecossistema não importa quantas vezes sejam ingeridos, certos outros contaminantes podem ser processados por organismos vivos. Concentrações desses contaminantes no ambiente diminuem gradualmente à medida que o ecossistema completa seus ciclos de vida.
A composição química da água também desempenha papel importante na auto-purificação. Água fluindo através de áreas ricas em cobre e, portanto, tendo alta concentração de cobre dissolvido, por exemplo, pode gradualmente remover outros contaminantes metálicos em suspensão à medida que se ligam ao cobre e precipitam como sedimento. Concentrações de oxigênio dissolvido são um fator particularmente crítico na auto-purificação, alimentando a vida biológica que digere contaminantes e mantendo comunidades de bactérias anaeróbicas de se desenvolver. De fato, cascatas artificiais tornaram-se uma ferramenta comum na gestão de riachos, forçando a água a cair através do ar e aumentando a concentração de oxigênio dissolvido.
O entorno físico de um corpo d'água desempenha papel fundamental na qualidade da água. No caso de riachos, areias e gramas podem atuar como filtros naturais para a água, removendo grandes impurezas à medida que a água faz seu caminho através do riacho ou filtra lentamente através da areia do riacho. Características topográficas maiores como quedas longas ou numerosas rochas que agitam a água também podem contribuir para a quantidade de oxigênio dissolvido na água ou determinar os tipos de organismos que podem prosperar nas condições físicas presentes.
Como fator determinante, a temperatura desempenha papel crítico na taxa de auto-purificação de riachos. Temperatura da água pode determinar a taxa na qual certos elementos se dissolvem na água ou a quantidade de sedimentos que podem fazê-lo. Relacionando-se a outros fatores de auto-purificação, a temperatura também pode determinar os tipos de espécies presentes na água e a taxa na qual se reproduzem. Alguns estudos, por exemplo, mostram mudança sazonal na taxa de auto-purificação de riachos à medida que espécies de plantas que absorvem contaminantes crescem menos durante meses de inverno.