廢水生物脫氮的基本原理就是在將有機氮轉化為氨態氮的基礎上，先利用好氧段經硝化作用，由硝化細菌和亞硝化細菌的協同作用，將氨氮通過硝化作用轉化為亞硝態氮、硝態氮，即，將 轉化為 和 。在缺氧條件下通過反硝化作用將硝氮轉化為氮氣，即，將 （經反亞硝化）和 （經反硝化）還原為氮氣，溢出水面釋放到大氣，參與自然界氮的循環。水中含氮物質大量減少，降低出水的潛在危險性，達到從廢水中脫氮的目的。 　　該過程可分為三步: 　　第一步是氨化作用，即水中的有機氮在氨化細菌的作用下轉化成氨氮。（在普通活性污泥法中，氨化作用進行得很快，無需采取特殊的措施） 　　第二步是硝化作用，即在供氧充足的條件下，水中的氨氮首先在亞硝酸菌的作用下被氧化成亞硝酸鹽，然后再在硝酸菌的作用下進一步氧化成硝酸鹽。 　　三步是反硝化作用，即在缺氧或厭氧的條件下，硝化產生的亞硝酸鹽和硝酸鹽在反硝化細菌的作用下被還原成氮氣。