污水、回流污泥同時進入系統之首的缺氧池（A），與此同時，后續反應器內已進行充分反應的消化液的一部分也回流至缺氧池（稱消化液回流或內循環）。缺氧池內的反硝化細菌以污水中的有機物為電子供體，以回流液中的硝酸鹽（或亞硝酸鹽）為電子手提進行“無氧呼吸”，將回流液中硝態氮還原成氮氣釋放出來，完成反硝化過程;之后，混合液進入好氧池，硝化細菌吧污水中的氨氮氧化成硝酸鹽氮，再向缺氧池回流，為脫氮做好必要的準備。
出水中含一定濃度的硝酸鹽，在沉淀池中有可能發生反硝化反應，造成污泥上浮，影響出水水質。
污水與含磷回流污泥（含聚磷菌）同步進入厭氧池，聚磷菌在厭氧的不利條件下，將菌體內積累的磷分解、釋放，并攝取有機物。然后，污水混合液進入曝氣池，在好氧條件下，聚磷菌可過量吸磷，同時污水中大部分有機物也在該池內得到氧化降解。BOD5的去除率大致與一般的活性污泥系統相同，磷的去除率較高。
