氮元素在新鲜污水中的存在形式主要有以下两类，一是有机氮，例如蛋白质、尿素、氨基酸、胺类化合物等；另一类是氨态氢，一般以前者为主。含氮化合物在污水中微生物的作用下会发生三大类反应，一、氨化反应；二、硝化反应；三、反硝化反应。
氨化反应是指有机氮化合物在氨化菌的作用下，被分解成为氨态氮。硝化反应是指氨态氮首先在亚硝化菌的作用下变为亚硝酸盐氮，然后在硝酸菌的作用下转变为硝酸氮。硝化反应的进行对环境变化极为敏感，所以硝化反应的进行必须满足一定的外部条件。
磷元素在污水中主要以有机磷和无机磷两种存在形式。生物除磷是指利用聚磷菌等微生物在好氧条件下对磷元素过量摄取，在厌氧条件下释放出来，使磷元素的含量得以降低。
城市污水中的磷主要的来源：粪便、洗涤剂和某些工业废水。污水中的磷以正磷盐、聚磷盐和有机磷等形式溶解于水中。一般仅能通过物理、化学或生物方法使溶解的磷化合物转化为固体形态后予以费力。物理法因为承办过高，技术复杂而很少应用，因此常用的分离方法有化学方法和生物方法两大类。
