1、氨化反应
氨化反应是指含氮有机物在氨化功能菌的代谢下，经分解转化为 NH4+的过程。含氮有机物在有分子氧和无氧的条件下都能被相应的微生物所分解，释放出氨。

2、硝化反应
硝化反应由好氧自养型微生物完成，在有氧状态下，利用无机氮为氮源将NH4+化成NO2-，然后再氧化成NO3-的过程。硝化过程可以分成两个阶段。第一阶段是由亚硝化菌将氨氮转化为亚硝酸盐（NO2-），第二阶段由硝化菌将亚硝酸盐转化为硝酸盐（NO3-）

3、反硝化反应
反硝化反应是在缺氧状态下，反硝化菌将亚硝酸盐氮、硝酸盐氮还原成气态氮（N2）的过程。反硝化菌为异养型微生物，多属于兼性细菌，在缺氧状态时，利用硝酸盐中的氧作为电子受体，以有机物（污水中的BOD成分）作为电子供体，提供能量并被氧化稳定。