生物脱氮的基本原理就是先利用好氧阶段，通过硝化细菌和亚硝化细菌的协同作用，将NH3-N通过硝化作用转化为NO2-和NO3-。然后在缺氧条件下，通过反硝化作用将硝氮转化为N2，N2随后溢出水面释放到大气，参与自然界N的循环，从而达到降低水中氮含量的目的。

氨氧化细菌（AOB，就是把氨氮变成亚硝酸盐的细菌）最佳生长温度为25~30℃，亚硝酸氧化细菌（NOB，就是把亚硝酸盐变成硝酸盐的细菌）的最佳生长温度为25~30℃。硝化菌对温度较为敏感，温度不但会降低硝化菌的比增长速率，并且会降低其生物活性。在温度低于15℃时，硝化速率急剧降低。另一方面，反硝化反应的适宜温度为20～35℃，低于15℃时，反硝化细菌的繁殖速率、代谢速率和生物活性也都会降低，从而导致脱氮效果下降。当温度低于5℃时，硝化细菌的生命活动几乎停止。大量的研究表明，硝化作用会受到温度的严重影响，尤其是温度冲击的影响更加明显。