脱氮除磷指采用物理法、化学法及生物法等方法去除污水中氮、磷的过程。常用于去除氨氮的化学法有吹脱法、折点加氯法和离子交换法，生物法脱氮是在将有机氮转化为氨氮的基础上，通过硝化和反硝化菌的作用，将氨氮转化为亚硝态氮、硝态氮，再通过反硝化作用将硝态氮转化为氮气而从废水中脱除的过程。污水中去除磷的传统方法可以采用化学法，也可以采用生物法。化学除磷是向污水中投加三价盐（一般是铝盐和铁盐），使之与污水中的磷酸盐形成难溶化合物，经过沉淀从水中去除。脱磷法主要分为物理法、化学法及生物法三大类，可使溶解的磷化合物转化为固体形态后予以分离。生物除磷是污水中的聚磷菌吸收磷，形成高浓度污泥，并随剩余污泥一起排出系统，从而达到除磷的目的。
氮和磷是生物的重要营养源，随着化肥、洗涤剂和农药普遍使用，天然水体中氮、磷含量急剧增加，水体中蓝藻、绿藻大量繁殖，水体缺氧并产生毒素，使水质恶化，对水生生物和人体健康产生很大的危害。然而,我国现有的城市污水处理厂主要集中于有机物的去除，污（废）水一级处理只是除去水中的沙砾及悬浮固体；在好氧生物处理中，生活污水经生物降解，大部分的可溶性含碳有机物被去除。磷在自然界以2种状态存在：可溶态或颗粒态。所谓的除磷就是把水中溶解性磷转化为颗粒性磷，达到磷水分离。
废水在生物处理中,在厌氧条件下,聚磷菌的生长受到抑制,为了自身的生长便释放出其细胞中的聚磷酸盐,同时产生利用废水中简单的溶解性有机基质所需的能量,称该过程为磷的释放。进入好氧环境后,活力得到充分恢复,在充分利用基质的同时,从废水中摄取大量溶解态的正磷酸盐,从而完成聚磷的过程。将这些摄取大量磷的微生物从废水中去除,即可达到除磷的目的。氨氮药剂投加点氨氮药剂的反应非常迅速，可以直接对氨氮超标的废水进行处理，因此在沉淀池之后的砂滤池或者回调池进行投加即可，为了确保反应完全，需要有曝气或者搅拌。投加量由于废水（原水）的氨氮值高低不一样，因此投加量会因氨氮高低而不同；废水的投加量建议通过实验确定，并最终在使用中进行调整。
植物和其他生物的吸收、氨化作用、硝化作用、反硝化作用、氨的挥发作用、铵根离子的阳离子交换作用等。人工湿地对磷的去除机理包括：基质吸附、植物吸收和微生物去除，而磷最终从系统中去除依赖于湿地植物的收割和饱和基质的更换。氨氮通过好氧亚硝化、硝化作用生成亚硝酸根、硝酸根，亚硝酸根、硝酸根通过缺氧反硝化生产氮气，从水中逸出。除磷菌在厌氧条件下释放磷，再在好氧条件下过度吸磷，通过排泥除磷。在一般系统中，提高除磷效率往往伴随着脱氮率的下降，因此有研究者设想如果将反硝化与除磷这两个需碳源的过程合二为一，即在缺氧环境下利用亚硝酸盐作为电子受体，同时进行反硝化和超量聚磷，这样可大大减少碳源需求量。已有研究者观察到这种现象，并认为存在反硝化聚磷菌（DNPAO）可同时进行反硝化作用和超量聚磷，但在不同环境条件下，DNPAO的诱导增殖与代谢途径的变化规律等仍有待研究。
