(1)在好氧條件下，利用含碳有機物進行生物繁殖的異養微生物(包括細菌、原生動物和后生動物等)代謝、降解、凈化含碳有機污染物質。
(2)在好氧條件下，將氨氮化成亞硝酸鹽后又將亞硝酸鹽氧化為硝酸鹽自養菌 (包括氨氮化菌和亞硝酸鹽氧化菌)，反應過程稱為硝化，細菌通稱為硝化菌。
(3)在缺氧條件下 (基本上無溶解氧條件下)，硝酸性呼吸或亞硝酸性呼吸的兼性厭氧菌(含異養菌，稱為脫氮菌)進行脫氮。
(4)在厭氧條件下(無溶解氧)，與好氧交替作用(反應)，積累大量的聚磷酸的細菌(含異養菌，稱聚磷菌)，進行厭氧條件下釋放磷和好氧條件下吸收磷，終在厭氧條件下，將磷（總磷在線監測儀）轉移至污泥中起到除磷作用。
活性污泥法的運行過程就是創造使上述4類微生物各自發揮生理特性的條件，例如控制
適宜的生物固體停留時間，使去除含碳有機物的微生物可順利地進行反應，停留時間要既能滿足去除含碳有機污染物，又能滿足硝化菌生長繁殖，易進行氨氮的硝化(氨氮的氧化即硝化過程)。另外已進行硝化的活性污泥混合液(含亞確酸鹽和硝酸鹽)，在有機碳存在的條件下，在好氧狀態下。則脫氨崗能進行脫氮，將氮氣釋放于大氣；在厭氧條件下，具有聚磷菌的生長條件，則于以除磷，使污水得到凈化處理。
12