廢水中磷的存在形態(tài)取決于廢水的類型，最常見的是磷酸鹽(H₂PO₄^- ，HPO₄^2-，po₄^3-)、聚磷酸鹽和有機(jī)磷。常規(guī)二級(jí)生物處理的出水中，90%左右的磷以磷酸鹽的形式靠在。

生物除磷主要由一類統(tǒng)稱為聚磷菌的微生物完成， 其基本原理包括厭氧放磷和好氧吸磷過程。

在厭氧條件下(既沒有溶解氧也沒有原子態(tài)氧)，聚磷菌體內(nèi)的ATP 進(jìn)行水解，放出 H₃PO₄和能量，形成 ADP，同時(shí)吸收有機(jī)物(主要為來自兼性細(xì)菌水解產(chǎn)物或原污水的低分子脂肪酸)，并合成聚β-羥基丁酸鹽(PHB)貯于細(xì)胞內(nèi)，此過程即為厭氧放磷過程(廢水中磷增加)。

在好氧條件下，聚磷菌進(jìn)行有氧呼吸，將積貯在細(xì)胞內(nèi)的PHB好氧分解，并利用該反應(yīng)產(chǎn)生的能量，在透膜酶的催化作用下，過量地、超出其生理需要地從水中攝取磷，所攝人的磷一部分用于合成ATP;另一部分成聚酸鹽貯藏在菌體內(nèi)，形成高磷污泥，此過程即為好氧吸磷過程，這種現(xiàn)象被稱為“磷的過量攝取”。

由于好氧吸磷量大于厭氧放磷量，將高磷污泥通過剩余污泥排出系統(tǒng)外，即可達(dá)到除磷目的，值得一提的是，在厭氧條件下放磷越多，合成的PHB多，在好氧條件下合成的聚磷酸鹽量也越多，除磷的效果就越好。