生物脫氮工藝是一種單級或多級活性污泥系統，包括硝化和反硝化。從完成生物硝化的反應器來看，脫氮工藝可分為兩種類型：微生物懸浮生長型（活性污泥法及其變形）和微生物附著生長型（生物膜反應器）。多級活性污泥系統具有多級污泥回流系統，這是一種傳統的生物脫氮方法，其中硝化和反硝化是分開進行的。該工藝的缺點是工藝流程長、結構多、基建費用高、增加碳源、運行費用高、出水中殘留一定量的甲醇。
在單級活性污泥系統之中，含碳有機物的氧化、硝化和反硝化在一個活性污泥系統之中實現，只有一個沉淀池，即一個污泥回流系統。單級活性污泥反硝化系統的代表方法有缺氧好氧（AO）法和四級bardenpho法（AOAO）。其他方法包括厭氧缺氧好氧（A2O）工藝、光氧化（五段巴登磷）工藝、uct工藝、VIP工藝等。
另外，氧化溝、SBR工藝、循環活性污泥工藝等通過調整運行方式具有脫氮功能，又分為厭氧缺氧好氧（A2O）工藝單級活性污泥脫氮系統。其中A2O工藝、bardenpho工藝、phoredox工藝、uct工藝和VIP工藝也具有脫氮除磷的功能。
生物膜反應器適合硝化細菌的生長，其產生周期長，固定化微生物使硝化細菌和反硝化細菌有各自適宜的生長環境。因此，在一般的生物膜反應器之中，會同時存在硝化和反硝化過程。
在現有的活性污泥法中，添加粉末活性炭等載體，不僅可以提高BOD5的去除能力，而且可以提高整個系統的硝化反硝化效果。如果將硝化之后的廢水以較少的風量回流到低速旋轉生物轉盤、生物濾池等缺氧生物膜反應器之中，在不回流污泥的情況之下，可獲得較好的脫氮效果。