脱氮原理：脱氮首先利用设施内好氧段，由亚硝化细菌和硝化细菌的硝化作用，将NH₃转化为NO₃^--N。再利用缺氧段经反硝化细菌将NO₃^--N反硝化还原为氮气，溢出水面释放到大气，氮气参与自然界物质循环。

除磷原理：根据聚磷菌在好氧时不仅能大量吸收磷酸盐合成自身核酸和ATP，而且能逆浓度梯度过量吸磷合成贮能的多聚磷酸盐颗粒于体内，供其内源呼吸用。聚磷菌在厌氧时又能释放磷酸盐于体外。故可创造厌氧、缺氧和好氧环境，让聚磷菌先在含磷污、废水中厌氧放磷，然后在好氧条件下充分地过量吸磷，尔后通过排泥从污水中除去部分磷。

A/O、A²/O、UCT工艺都可以同时脱氮除磷。

例如对于A²/O工艺，在厌氧段，聚磷菌释放磷；在缺氧段，聚磷菌释放磷，反硝化菌脱氮，将NO₃^--N反硝化还原为氮气；在好氧段，聚磷菌吸磷，亚硝化细菌和硝化细菌的硝化作用，将NH₃转化为NO₃^--N。在一种废水中同时除磷和脱氮，就要合理调整泥龄和水力停留时间，兼顾硝化细菌、反硝化细菌和除磷菌的生理要求，使它们和谐地生长繁殖。