工作原理是利用一种水质处理细菌将硝酸盐作为它代谢中的需氧物质，三氧化氮最终代谢成为氮气和二氧化碳。

，氧被运用于代谢过程中。

则被排入氮气大气中，代谢的生成物为二氧化碳。

在硝酸盐去除器内部填充着大量生物过滤球，为了避免底部积水造成滞留区，由动力马达将水不断从容器底部抽到顶端，然后又喷淋于生物过滤球的表面，如此再流回底部始终保持生物过滤球的湿润状态。

生物过滤球表面附著生长的水质处理细菌会不断吸收容器内部的氧气分裂繁殖，一旦容器中的氧气耗尽，它们就吸收硝酸根离子中的，并三氧化氮将还原成为二氧化氮，并在最终再将二氧化氮中的氧全部吸收，还原为氮气排入大气中。