在生物脱氮过程中，涉及到氨化反应、硝化反应、反硝化反应三个阶段，废水中的氨氮首先必须被硝化菌硝化，转化成亚硝酸盐和硝酸盐，然后在反硝化菌的作用下发生反硝化作用，硝酸盐将被作为细胞呼吸过程中氧化简单碳水化合物的供氧体，被反硝化细菌还原为氮气排入大气中。
反硝化细菌可以分为自养反硝化细菌和异养反硝化细菌，其中大部分反硝化细菌为异养反硝化细菌，需要利用有机碳源进行反硝化。
污水中应含有充足的电子供体，TKN凯氏氮，水质监测指标的一项。它包括氨氮和在此条件下能转化为铵盐而被测定的有机氮化合物。此类有机氮化合物主要有蛋白质、氨基酸、肽、胨、核酸、尿素以及合成的氮为负三价形态的有机氮化合物。通常可以简单的理解为水中氨氮和有机氮的总和。
厌氧或缺氧条件，当污水中的可降解有机物不足时，则需要额外投加营养物。能从式子中可以看出，所谓碳源并不是给反硝化提供碳，而是作为还原剂提供电子。