厭氧氨氧化工藝，是在無氧條件下，以氨為電子供體、亞硝酸為電子受體，產生氮氣和硝酸的生物反應。包括兩個過程：
一是分解（產能）代謝，即以氨為電子供體，亞硝酸鹽為電子受體，兩者以1:1的比例反應生成氮氣，并把產生的能量以ATP的形式儲存起來；
二是合成代謝，即以亞硝酸鹽為電子受體提供還原力，利用碳源二氧化碳以及分解代謝產生的ATP合成細胞物質，并在這一過程中產生硝酸鹽。
比全程硝化（氨氧化為硝酸鹽）節省60%以上的供氧量，以氨為電子供體還可節省傳統生物脫氮工藝中所需的碳源。
在厭氧氨氧化反應器中，氨氮被轉化為氮氣。這一過程由反應器中兩種共生的細菌協同完成：1、亞硝酸細菌將大約一半的氨氮轉化為亞硝基氮；2、厭氧氨氧化細菌將氨氮和亞硝酸鹽氮轉化為氮氣。