在自然界，氮化組合是以有機體（動物蛋白、植物蛋白）、氨態(tài)氮（NH+4、NH3）、亞硝酸氮（NO2）、硝酸氮（NO3）以及氣態(tài)氮（N2）形式存在的。
污水中的氮主要以氨氮和有機氮的形式存在，通常含有少量或沒有亞硝酸鹽或硝酸鹽形態(tài)存在的氮。在未經(jīng)處理的污水中，氮有可溶性的，也有顆粒狀的。可溶性有機氮主要以尿素和氨基酸的形式存在。一部分顆粒狀有機氮在初沉池中可以除去。在生物處理過程中，大部分的顆粒狀有機氮轉(zhuǎn)化成氨氮或其他無機氮。在初沉池出水中，大部分的氮是以氨氮的形式存在的，只有約不到30%的氮在傳統(tǒng)的二級處理中除去。
生物脫氮主要是靠一些專性細菌實現(xiàn)氮的形式的轉(zhuǎn)化，并最終轉(zhuǎn)化為無害氣體——氮氣，實現(xiàn)污水的脫氮過程。除氮的兩個主要作用是同化作用和硝化反硝化。