和无色杆菌属等。它们多数是兼性的，在溶解氧浓度极低的环境中可利用硝酸盐中的氧作电子受体，有机物则作为碳源及电子供体提供能量并得到氧化稳定。大多数反硝化菌都能在进行反硝化的同进将NO3-同化为NH4+供细胞合成之用，此过程可称为同化反硝化。

当利用的碳源为甲醇时，反硝化过程可以下列反应式表示：

NO3-+1.08CH3OH+0.24HCO3 0.056C5H7O2N+0.47N2 +1.68H2O+HCO3- NO2-+0.67 CH3OH+0.53 H2CO3 0.04 C5H7O2N+0.48 N2 +1.23 H2O+ HCO3-

由下列反应式可见,反硝化反应可以使有机物得到分解氧化,实际是利用了硝酸盐中的氧,每还原1gNO3-可提供的氧量约为2.6g。此外,反硝化反应还可提供一定的重碳酸盐碱度,约为3.47gCaCO3/gNO3-N。

当环境中缺乏有机物时，无机物如氢、Na2S等也可作为反硝化反应的电子供体，微生物还可通过消耗自身的原生质进行所谓的内源反硝化：

C5H7O2N+4NO8- 5CO2+NH3+2N2 +40H-

可见内源反硝化的结果是细胞物质的减少，并会有NH3的生成，因此，废水处理中均不希望此种反应占主导地位，而应提供必要的碳源。

传统的脱氮理论认为硝化反应在好氧条件下进行而反硝化在厌氧条件下完成,两者不能在同一条件下进行。然而,近年来,研究者在试验及生产性运行中发现同时硝化反硝化现象的存在。尤其是有氧条件下的反硝化现象，确定存在于不同的生物处理系统中。如具有生产规模的工艺有氧化沟，SBR工艺，间歇曝气反应器工艺，[17]旋转式好氧生物接触反应品工艺。[18]对此，研究者进行了深入的研究和控讨，[19]从理论上提出了新的见解。其中，认为微环境的存在，是同时硝化反硝化现象的最主要原因；某些系统的反应器流态上的特征，为同时硝化反硝化也创造了可能的环境条件；其次，从微生物发展的角度也提出可能存在的、目前尚未被认识的微生物菌种（如好氧条件下的反硝化细菌）能使同时硝化反硝化现象发生。这些成果为生物膜脱氮指引了富有代表性的方向。