生物脫氮的基本原理就是先利用好氧階段，通過硝化細菌和亞硝化細菌的協同作用，將NH3-N通過硝化作用轉化為NO2-和NO3-。然后在缺氧條件下，通過反硝化作用將硝氮轉化為N2，N2隨后溢出水面釋放到大氣，參與自然界N的循環，從而達到降低水中氮含量的目的。

氨氧化細菌（AOB，就是把氨氮變成亞硝酸鹽的細菌）最佳生長溫度為25~30℃，亞硝酸氧化細菌（NOB，就是把亞硝酸鹽變成硝酸鹽的細菌）的最佳生長溫度為25~30℃。硝化菌對溫度較為敏感，溫度不但會降低硝化菌的比增長速率，并且會降低其生物活性。在溫度低于15℃時，硝化速率急劇降低。另一方面，反硝化反應的適宜溫度為20～35℃，低于15℃時，反硝化細菌的繁殖速率、代謝速率和生物活性也都會降低，從而導致脫氮效果下降。當溫度低于5℃時，硝化細菌的生命活動幾乎停止。大量的研究表明，硝化作用會受到溫度的嚴重影響，尤其是溫度沖擊的影響更加明顯。