1、同化作用：废水生物处理中，一部分氮(氨氮或有机氮)被同化成微生物细胞的组分。按照细胞干重来计算，微生物细胞中氮的含量约为12.5%。
2、氨化作用：有机氮化合物在氨化菌的作用下，分解、转化为氨氮，这一过程成为氨化反应。以氨基酸为例，反应式如下：
RCHNH2COOH+O2→NH3+CO2+RCOOH
氨化菌为异养菌，一般氨化过程与微生物去除有机物同时进行，有机物去除结束时，已经完成氨化过程。
3、硝化作用：硝化左右是由硝化细菌经过两个过程，将氨氮转化为亚硝酸亚氮和硝酸盐氮。
氨氮的细菌氧化过程为：
NH4++3/2O2→NO2-+H2O+2H+
亚硝酸氮的细菌氧化过程为：
NO2_+1/2O2→NO3_
总反应式：
NH4++2O2→NO3_ +H2O+2H+
4、反硝化作用：反硝化作用是在缺氧条件下。将亚硝酸氮和硝酸氮还原成气态氮(N2)或N2O、NO。参与这一生化反应的是反硝化细菌，这类细菌在缺氧条件下，将硝酸根和亚硝酸根作为电子受体。
反硝化的简化生物化学反应式如下：
NO3_→NO2-→NH2OH→有机物(同化反硝化)
NO3_→NO2-→N2O→N2(异化反硝化)
反硝化过程和硝化过程一样，也受温度、溶解氧、酸碱度、C/N、有毒物质影响。需要说明的是反硝化细菌是异氧兼性厌氧菌，只有DO在0-0.3mg/l才能实现反硝化作用。
