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，將氨氮透過硝化作用轉化為亞硝態氮、硝態氮。在缺氧條件下透過反硝化作用將硝氮轉化為氮氣，溢位水面釋放到大氣，參與自然界氮的迴圈。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。生物脫氮一般採用好氧和厭氧聯合的方式，好氧將氨氮轉化為硝態氮，厭氧將硝態氮轉化為氮氣，實現脫氮，一般厭氧放在好氧之前，所以要求由部分的消化液迴流。
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，將氨氮透過硝化作用轉化為亞硝態氮、硝態氮。在缺氧條件下透過反硝化作用將硝氮轉化為氮氣，溢位水面釋放到大氣，參與自然界氮的迴圈。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。生物脫氮一般採用好氧和厭氧聯合的方式，好氧將氨氮轉化為硝態氮，厭氧將硝態氮轉化為氮氣，實現脫氮，一般厭氧放在好氧之前，所以要求由部分的消化液迴流。
所謂生物脫氮除磷就是將生物脫氮和除磷組合在一個流程中同步處理。而生物脫氮除磷的諸多工藝中，其共性部分為，都具有厭氧、缺氧和好樣池(區)。 在生物脫氮除磷過程中，厭氧池的主要功能是釋放磷，使汙水中磷的濃度升高，溶劑性有機物被微生物細胞吸收而是廢水中BOD濃度降低;另外氨氮因細胞的合成而被去除一部分，使廢水中氨氮的濃度降低。 在缺氧池中，反硝化菌利用沸水中的有機物做碳源，將回流廢水中所攜帶的硝態氮和亞硝態氮還原成N2釋放到空氣中，因此BOD5濃度下降，硝態氮濃度大幅度下降，而磷的濃度變化很小。
生物脫氮原理：硝化反應由好氧自養型微生物完成，在有氧狀態下，利用無機碳為碳源將氨基化成亞硝基，然後再氧化成硝基的過程。硝化過程可以分成兩個階段。第一階段是由亞硝化菌將氨氮轉化為亞硝酸鹽，第二階段由硝化菌將亞硝酸鹽轉化為硝酸鹽。反硝化反應是在缺氧狀態下，反硝化菌將亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮還原成氣態氮的過程。反硝化菌為異養型微生物，多屬於兼性細菌，在缺氧狀態時，利用硝酸鹽中的氧作為電子受體，以有機物作為電子供體，提供能量並被氧化穩定。