脱氮除磷的基本原理是通过模拟自然界的氮磷循环，利用特定的微生物在不同环境条件下的代谢活动，将污水中的氮磷转化为无害或可利用的形式，并从水体中去除。

 生物脱氮的基本原理：就是在将有机氮转化为氨态氮的基础上，先利用好氧段经硝化作用，由硝化细菌和亚硝化细菌的协同作用，将氨氮通过硝化作用转化为亚硝态氮、硝态氮，即，将转化为和。 在缺氧条件下通过反硝化作用将硝氮转化为氮气，即，将（经反亚硝化）和（经反硝化）还原为氮气，溢出水面释放到大气，参与自然界氮的循环。 废水中氮的去除还包括靠微生物的同化作用将氮转化为细胞原生质成分。

 生物除磷原理：磷在自然界以2种状态存在：可溶态或颗粒态。 所谓的除磷就是把水中溶解性磷转化为颗粒性磷，达到磷水分离。 废水在生物处理中，在厌氧条件下，聚磷菌的生长受到抑制，为了自身的生长便释放出其细胞中的聚磷酸盐，同时产生利用废水中简单的溶解性有机基质所需的能量，称该过程为磷的释放。 进入好氧环境后，活力得到充分恢复，在充分利用基质的同时，从废水中摄取大量溶解态的正磷酸盐，从而完成聚磷的过程。