Bazı organizmalar çevrelerindeki kirliliğe karşı çok hassastır, bu nedenle kirleticiler mevcutsa organizmaların morfolojileri, fizyolojileri veya davranışları değişebilir veya hatta ölebilirler. Dolayısıyla çeşitli canlı türleri çevrelerindeki kimyasal seviyelerinin ölçülmesi için sıklıkla kullanılabilir. Biyoindikatörler, çevredeki doğal ekosistemin sağlığı hakkında fikir veren bitkiler, su yosunları, likenler, mantarlar, planktonlar, hayvanlar ve mikroorganizmalar gibi canlı organizmalardır. Bu organizmalar aynı zamanda çevredeki olumlu veya olumsuz değişiklikleri ve bunların insan toplulukları üzerindeki sonraki etkilerini tespit etmek için önemli bir araçtır.

Işık, su, sıcaklık ve askıdaki (çökelmemiş) katı maddelerin iletimi gibi ortamdaki biyoindikatörlerin varlığını yöneten belirli faktörler vardır. Biyoindikatörlerin uygulanması sayesinde, belirli bir bölgenin doğal durumu, kontaminasyon ya da kirlilik seviyesi/derecesi tahmin edilebilir. Ekolojik değişkenliğe karşı dirençleri nedeniyle bioindikator türlerinin kullanımı ile çevrenin durumu etkin bir şekilde izlenebilir. Biyoindikatörler, ekosistemdeki farklı kirleticilerin kümülatif (birikmiş veya toplam) etkilerini ve bir sorunun ne kadar süredir mevcut olabileceğini, hangi fiziksel ve kimyasal testlerin yapamayacağını söyleyebilir.

Biyoindikatörler şu anda çeşitli kuruluşlar (Dünya Koruma Birliği, Uluslararası Doğayı Koruma Birliği) tarafından biyolojik izleme ve insan etkilerini değerlendirme aracı olarak kullanılmakta ve teşvik edilmektedir. Bitkiler, hayvanlar veya mikroorganizmalar birer biyoindikatör olabilir.

Bitkisel İndikatörler

Bitkiler, çevresel streslerin tahmini ve tanınması için çok hassas araçlar olarak kullanılır. Son zamanlarda sanayileşme ve kentleşmeye bağlı olarak su kirliliği sorunu yoğunlaşmıştır. Bazı belirli bitkilerin veya diğer bitki örtüsünün varlığı veya yokluğu, çevre sağlığı hakkında geniş bilgi sağlar.

Likenler ve Briyofitler (kara yosunlarıyla birlikte ciğer otları bu filumda bulunur) hava kalitesinin güçlü biyoindikatörleridir. Genellikle ağaç gövdelerinde, kayalarda veya toprak gibi yüzeylerde bulunabilen likenler hem mantarları hem de algleri içeren organizmalardır. Likenler, gelişmeleri için temiz havaya ihtiyaçları olduğundan çevredeki hava kalitesinin iyi bir göstergesidir. Ağaçların üzerindeki liken miktarı ve türüne göre ormanların temiz bir havaya sahip olduğu söylenebilir. Bir ormandaki likenlerin yok olması, yüksek seviyelerde kükürt dioksit , kükürt bazlı kirleticiler ve nitrojen oksitler gibi çevresel streslerin varlığını gösterebilir. Farklı liken türleri hava kirliliğine karşı farklı duyarlılık seviyelerine sahiptir, bu nedenle hangi türlerin mevcut olduğu gözlemlenerek kirlilik seviyesi hakkında bir fikir edinilebilir.
Bilim insanları Hylocomium splendens adlı bir yosun türünü kuzeybatı Alaska’nın uzak tundra ortamında ağır metallerin doğal bir göstergesi olarak kullanmışlardır. Wolffia globosa ise (sularda yaşayan, su mercimeği de denilen bir otsu bitki türü) kadmiyum duyarlılığını göstermede önemli bir türdür ve ayrıca kadmiyum kontaminasyonunu belirtmek için de kullanılır.

Deniz bitkileri de hareketsiz oldukları ve doğal çevreleriyle hızlı bir şekilde denge sağladıkları için okyanus ortamının durumunu tahmin etmek için değerli bilgiler sağlar. Su sistemlerindeki alg türlerinin bileşimi ve toplam biyokütlesi, organik su kirliliği, nitrojen ve fosfor gibi besin yüklemesi için önemli bir ölçü görevi görür. Yosun (alg) patlamaları genellikle göllerde ve nehirlerde büyük nitrat ve fosfat artışlarını göstermek için kullanılır.

Hayvansal İndikatörler

Hayvan popülasyonlarındaki değişiklikler ekosistemdeki kirlilikten kaynaklanan zararlı değişiklikleri gösterebilir. Nüfus yoğunluğundaki değişiklikler, ekosistem üzerinde olumsuz bir etkiye işaret edebilir. Popülasyon değişiklikleri, popülasyonlar ve gıda kaynakları arasındaki ilişkinin bir sonucu olabilir; eğer gıda kaynakları kıt hale gelirse ve nüfus talebini sağlayamazsa bunu söz konusu popülasyonun azaltılması takip edecektir. Örneğin, kirlilik bir bitkinin tükenmesine neden olursa, yaşamı o bitkiyle beslenmesine bağlı olan hayvan türlerinin popülasyonunda düşüş yaşanacaktır. Tersine, aşırı nüfus bir ekosistemdeki diğer türlerin kaybına yanıt olarak bir türün fırsatçı büyümesi nedeniyle gerçekleşmiş olabilir. Öte yandan, strese bağlı ölümcül olmayan etkiler, hayvanların fizyolojisinde , morfolojisinde ve bireylerin davranışlarında , tepkiler ifade edilmeden ve popülasyon düzeyinde gözlemlenmeden çok önce ortaya çıkabilir. Bu çeşit tepkiler ölümcül değildir, popülasyonların nasıl daha fazla tepki vereceğini tahmin edilebilmesi için “erken uyarı sinyalleri” olarak çok yararlı olabilir.
Hayvansal indikatörler ayrıca hayvanların dokularında bulunan toksin miktarını tespit etmeye yardımcı olur. Örneğin balıklardaki bazı karaciğer enzimlerinin seviyeleri sudaki kirletici maddelere maruz kaldıklarında artar. Kurbağalar da çevre kalitesinin ve çevre değişikliklerinin biyoendikatörleridir. Kurbağalar temel olarak tatlı su ve karasal habitatlarında meydana gelen değişikliklerden etkilenir. Bu, onları ekolojik kalite ve değişimin önemli biyoindikatörleri haline getirir. ABD’de bulunan mutasyona uğramış kurbağa sayısındaki artış, çevrelerindeki toksinlerin bir göstergesi olarak kullanılmaktadır.

Su Kalitesi Testi için Bentik İndikatörler

Omurgasızlar da biyoindikatör olabilirler; suda yaşayan omurgasızlar, su kütlelerinin dibine yakın yaşayan dipte beslenenler (bentik veya makro omurgasızlar olarak da bilinir) canlılar olma eğilimindedir. Bentik (dipte beslenen) makro omurgasızlar, bir dere veya nehrin bentik bölgesinde (sahilden başlayıp deniz ya da okyanusların en derin kısımlarına kadar uzanan bölgedeki sularda) bulunur. Makro omurgasız türleri (suda yaşayan böcekler , kabuklular , solucanlar ve yumuşakçalar) dünyanın en zorlu ortamlarından bazıları dışında hemen hemen her akarsu ve nehirde bulunabilir. Bentik göstergeler genellikle tatlı su akıntılarının ve nehirlerin biyolojik bileşenlerini ölçmek için kullanılır. Genel olarak, bir akarsunun biyolojik işleyişinin iyi durumda olduğu düşünülürse akarsunun kimyasal ve fiziksel bileşenlerinin de iyi durumda olduğu varsayılır.

Bentik indikatörler Amerika Birleşik Devletleri’nde su kalitesi testlerinde çok sık kullanılır.

Makro omurgasızlar neredeyse her zaman mevcutturlar, örneklenmesi ve tanımlanması kolaydır. Bu, büyük ölçüde, çoğu makro omurgasızın çıplak gözle görülebilmesi, tipik olarak kısa bir yaşam döngüsüne sahip olmaları (genellikle tek bir mevsim uzunluğunda) ve genellikle hareketsiz olmaları gerçeğinden kaynaklanmaktadır. Nehir tipi ve akışı gibi önceden var olan nehir koşulları, makro omurgasız topluluklarını etkileyecektir, bu nedenle çeşitli yöntemler ve endeksler, belirli akarsu türleri için ve belirli eko-bölgeler dâhilinde uygun olacaktır. Bazı bentik makro-omurgasızlar çeşitli su kirliliğine karşı oldukça toleranslıyken, diğerleri değildir. Spesifik çalışma bölgelerindeki popülasyon büyüklüğü ve tür tiplerindeki değişiklikler, akarsuların ve nehirlerin fiziksel ve kimyasal durumunu gösterir. Tolerans değerleri, tropikal ormanlarda insan faaliyetleri (örn. seçici ağaç kesimi ve orman yangınları ) gibi su kirliliği ve çevresel bozulmayı değerlendirmek için yaygın olarak kullanılmaktadır.

Mikrobiyal İndikatörler

Mikroorganizmalar genellikle sucul ve karasal ekosistemlerin sağlık göstergeleri olarak kullanılır. Bol olmalarından dolayı, test edilmesi kolaydır ve kolayca temin edilebilirler. Mikroorganizmalar, okyanus biyokütlesinin önemli bir parçasıdır ve bir deniz ekosistemindeki üretkenliğin ve besin döngüsünün çoğundan sorumludur. Mikroorganizmalar hızlı bir büyüme oranına sahiptir ve düşük seviyelerde kirletici maddelere ve diğer fizikokimyasal ve biyolojik değişikliklere bile tepki verirler. Araştırma açısından, çevresel değişimin önemli işaretlerini verirler. Bazı mikroorganizmalar benzen ve kadmiyum gibi belirli kirleticilere maruz kaldıklarında erken uyarı işaretleri olarak kullanılabilen stres proteinleri olarak bilinen yeni proteinler üretir. Stres proteinlerinin seviyeleri ölçülerek, çevrede bulunan kirlilik seviyesi hakkında bir fikir edinilebilir.

Mikrobiyal göstergeler, biyolüminesan bakterilerin kullanımı da dahil olmak üzere sudaki çevresel kirleticileri tespit etmek için çeşitli şekillerde kullanılabilir. Sulardaki toksinlerin varlığı, bakterilerin yaydığı ışık miktarında değişikliklere neden olabilecek toksinlerin varlığı ile engellenen veya bozulan mikropların sindirim sistemindeki değişikliklerle kolayca izlenebilir. Mevcut diğer geleneksel testlerle karşılaştırıldığında, bu testlerin izlenmesi çok hızlıdır ancak bunların sınırlanması, organizmalardaki toksinlerin varlığından kaynaklanan değişiklikleri yalnızca gösterebilmeleridir. Böyle bir örnek, kantitatif olarak ağır metallere tepki veren bakteri Vogesella indigofera’dır. Metal kirliliğinin etkisi altında, bu bakteri, görsel olarak etkili bir şekilde gözlemlenebilen morfolojik değişikliklerin önemli bir belirteci olan mavi pigmentasyon üretir. Alternatif olarak, altı değerlikli kromun çevresinde olduklarında pigment üretimleri engellenir. Pigment üretimi, krom konsantrasyonu ile bakteri tarafından mavi pigmentasyon oluşumu arasındaki ilişkiye bağlanabilir.