污水、回流污泥同时进入系统之首的缺氧池（A），与此同时，后续反应器内已进行充分反应的消化液的一部分也回流至缺氧池（称消化液回流或内循环）。缺氧池内的反硝化细菌以污水中的有机物为电子供体，以回流液中的硝酸盐（或亚硝酸盐）为电子手提进行“无氧呼吸”，将回流液中硝态氮还原成氮气释放出来，完成反硝化过程;之后，混合液进入好氧池，硝化细菌吧污水中的氨氮氧化成硝酸盐氮，再向缺氧池回流，为脱氮做好必要的准备。

出水中含一定浓度的硝酸盐，在沉淀池中有可能发生反硝化反应，造成污泥上浮，影响出水水质。

污水与含磷回流污泥（含聚磷菌）同步进入厌氧池，聚磷菌在厌氧的不利条件下，将菌体内积累的磷分解、释放，并摄取有机物。然后，污水混合液进入曝气池，在好氧条件下，聚磷菌可过量吸磷，同时污水中大部分有机物也在该池内得到氧化降解。BOD5的去除率大致与一般的活性污泥系统相同，磷的去除率较高。