污水廠內的硝化作用，是一個需要兩組細菌參與才能完成的兩步過程。也就是第一階段，氨通過一組自養菌(主要以亞硝化單胞菌屬，亞硝化球菌屬，亞硝化螺旋菌屬，亞硝化葉菌屬等等細菌為主，注意前面都有亞硝化的前綴)氧化成亞硝酸鹽，第二階段，亞硝酸鹽被另一組的自養菌(主要以硝化菌屬，硝化球菌，硝化螺菌，硝化囊菌屬等細菌為主，前綴是硝化)氧化成硝酸鹽。這是兩種不同的細菌在發揮作用才能完成污水廠內的污水硝化，也就是氨氮的生物硝化過程。
在實際生產中，去除氨氮所需要的氧氣的大致的量，特別是遇到特殊水質進水時，造成進水氨氮持續增高的時候，要注意溶解氧的調整，確保這個生物脫氮的化學表示的方程能夠進行下去。
在生物反應池中，如果沒有及時中和生成的H+離子，就會導致反應右端的濃度無限增加，最終使硝化反應不再進行。研究表明進水中的H+離子較多的時候，也就是進水的PH低于6.8時，硝化反應速率開始明顯下降，如果接近6.0，反應下降幅度達到90%。因此在硝化反應中，還有一個對堿度的需要，也就是中和生成的H+離子的反應。
在污水處理過程中存在的大量的微生物是需要大量的氮元素來完成自身的生物體繁殖和生長所需的，因此我們在硝化反應中，還要考慮生物體本身所需要的氮元素，也就是我們通常所說的同化作用：構成污水廠內活性污泥的微生物在自身生長過程中從污水中所攝取的氮元素。
除了從化學反應的角度來看污水廠的硝化過程以外，我們還要從微生物的生長來考察污水廠的硝化反應。在相關的文獻中介紹，硝化系統在生存的環境溫度在28℃以下時，反應的速率是受到限制的，因此為了突破溫度對反應速率的限制，一般會控制硝化反應的過程中是氧氣是飽和的狀態。這也就是在污水廠中的生化系統盡量要保持溶解氧充足來控制出水的氨氮達標。但是由于硝化菌的反應速率遠遠低于消耗污水中的有機物的異養菌的反應速率，因此在污水廠中，我們為了保證硝化反應的進行，就需要控制兩個因素，一個是曝氣池內的充足的溶解氧，一個是要有足夠的污泥齡，讓硝化菌有時間來進行硝化反應。