污水生物除磷的原理就是人为创造生物除磷过程，实现可控的除磷效果。这个过程必须通过创造厌氧环境，利用厌氧微生物的作用来实现生物除磷过程。

在没有溶解氧或硝态氮存在的条件下，兼性细菌通过发酵作用将溶解性BODS转化为低分子挥发性有机酸（VFA）。聚磷菌吸收这些发酵产物，并将其运送到细胞内，同化成胞内碳能源储存物质PHB（聚β一经基丁酸醋），所需的能量来源于聚磷的分解以及细胞内糖的酵解，并导致磷酸盐的释放。

在好氧条件下，聚磷菌的活力得到恢复，并以聚磷的形式存储超过生长所需要的磷量，通过PHB的氧化代谢产生能量，用于磷的吸收和聚磷的合成，能量以聚磷酸高能键的形式浦集存储，磷酸盐从水中被去除。产生的富磷污泥（新的聚磷菌细胞），通过剩余污泥的形式得到排放，从而实现将磷从水中除去的目的。从能量角度看，聚磷菌在无氧条件下释放磷获取能量以吸收污水中溶解性有机物，在好氧状态下降解吸收溶解性有机物获取能量以吸收磷。有实验资料表明，厌氧状态下每释放1g磷，好氧状态下可以吸收2一2.4g磷。细胞内吸收磷的高磷污泥最终以剩余污泥的形式排出。

除磷的关键是厌氧区的设置。由于聚磷菌能在短暂的厌氧条件下，优先于非聚磷菌吸收低分子基质（发酵产物）并快速同化和储存这些发酵产物，即厌氧区为聚磷菌提供了竞争优势，能吸收大量磷的聚磷菌能在处理系统中得到选择性增殖，并通过排出高含磷量的剩余污泥达到除磷的目的。这种选择性增殖的另一个好处是抑制了丝状菌的增殖，避免了产生沉淀性能较差的污泥的可能，因此厌氧/好氧生物除磷工艺一般不会出现污泥膨胀现象。