生物脱氮工艺是一个包括硝化和反硝化过程的单级或多级活性污泥法系统。从完成生物硝化的反应器来看，脱氮工艺可分为微生物悬浮生长型（活性污泥法及其变型）和微生物附着生长型（生物膜反应器）两大类。

多级活性污泥法系统具有多级污泥回流系统，是传统的生物脱氮方法，即将硝化和反硝化分别多带带进行的工艺系统。而单级活性污泥法系统则是设法将含碳有机物的氧化、硝化和反硝化在一个活性污泥法系统中实现，并且只有一个沉淀池。

单级活性污泥脱氮系统最典型的特征是只有一个沉淀池， 即只有一个污泥回流系统。单级活性污泥脱氮系统的代表方法是缺氧/好氧( A/O)工艺和四段Bardenpho工艺( A/O/A/0)，其他方法还有厌氧/缺氧/好氧(A²/0)工艺、Phoredox( 五段Bardenpho)工艺、UCT工艺等；另外，氧化沟、SBR法、循环活性污泥法等通过调整运行方式而具有脱氮功能的工艺也可归属为单级活性污泥脱氮系统。其中A²/0工艺、四段Bardenpho工艺、Phoredox 工艺、UCT工艺工艺等同时具有除磷和脱氮的功能。

生物膜反应器适合世代时间长的硝化细菌生长，而且其中固着生长的微生物使硝化菌和反硝化菌各有其适合生长的环境。因而，在一般的生物膜反应器内部，也会同时存在硝化和反硝化过程。在已有的活性污犯法处理过程中，通过投加粉末活性炭等载体，不仅可以提高去除BOD₅功能，还可以提高整个系统的硝化和脱氨效果。如果将已经实现硝化的污水回流到低速转动的生物转盘和鼓风量较小的生物滤池等缺氧生物膜反应器内，可以取得更好的脱氮效果。