生物脱氮工艺是一种单级或多级活性污泥系统，包括硝化和反硝化。从完成生物硝化的反应器来看，脱氮工艺可分为两种类型：微生物悬浮生长型（活性污泥法及其变形）和微生物附着生长型（生物膜反应器）。多级活性污泥系统具有多级污泥回流系统，这是一种传统的生物脱氮方法，其中硝化和反硝化是分开进行的。该工艺的缺点是工艺流程长、结构多、基建费用高、增加碳源、运行费用高、出水中残留一定量的甲醇。
在单级活性污泥系统之中，含碳有机物的氧化、硝化和反硝化在一个活性污泥系统之中实现，只有一个沉淀池，即一个污泥回流系统。单级活性污泥反硝化系统的代表方法有缺氧好氧（AO）法和四级bardenpho法（AOAO）。其他方法包括厌氧缺氧好氧（A2O）工艺、光氧化（五段巴登磷）工艺、uct工艺、VIP工艺等。
另外，氧化沟、SBR工艺、循环活性污泥工艺等通过调整运行方式具有脱氮功能，又分为厌氧缺氧好氧（A2O）工艺单级活性污泥脱氮系统。其中A2O工艺、bardenpho工艺、phoredox工艺、uct工艺和VIP工艺也具有脱氮除磷的功能。
生物膜反应器适合硝化细菌的生长，其产生周期长，固定化微生物使硝化细菌和反硝化细菌有各自适宜的生长环境。因此，在一般的生物膜反应器之中，会同时存在硝化和反硝化过程。
在现有的活性污泥法中，添加粉末活性炭等载体，不仅可以提高BOD5的去除能力，而且可以提高整个系统的硝化反硝化效果。如果将硝化之后的废水以较少的风量回流到低速旋转生物转盘、生物滤池等缺氧生物膜反应器之中，在不回流污泥的情况之下，可获得较好的脱氮效果。