传统的生物脱氮工艺基本原理，在二级生物处理过程中，先将有机氮转化为氨氮，再通过硝化菌和反硝化菌的作用将氨氮转化为亚硝态氮和硝态氮，最终通过反硝化作用将硝态氮转化为氮气完成脱氮。
近年来通过理论研究和实践创新，人们发现了一些与传统生物脱氮理论相反的生物脱氮方法，如同步硝化反硝化（SND）脱氮工艺、短程硝化脱氮（SHARON）工艺、厌氧氨氧化（ANAMMOX）工艺、亚硝酸型硝化-厌氧氨氧化脱氮（SHARON-ANAMMOX）工艺、限制自养硝化反硝化（OLAND）工艺、单级全程自养脱氮（CANON）工艺。