污水生物除磷是通过微生物对磷的过量摄取作用完成的，这是一种完全的生物摄取过程。其反应原理是，除磷菌在厌氧条件下能分解细胞内的聚磷酸盐同时产生ATP，并利用ATP 将废水中的脂肪酸等有机物摄入细胞，以PHB（聚-β- 羟基丁酸盐）及糖原等有机颗粒的形式贮存于细胞内，同时还将分解聚磷酸盐所产生的磷酸排除胞外；这时细胞内还会诱导产生相当量的聚磷酸盐激酶。聚磷酸盐分解后的无机磷盐释放至积磷菌体外，此即观察到的积磷细菌厌氧放磷现象。一旦进入好氧环境，这类除磷菌又可利用聚-β- 羟基丁酸盐氧化分解所释放的能量来摄取污水中的磷，并把所摄取的磷合成聚磷酸盐而贮存于细胞内。一般来说，微生物增殖过程中，在耗氧环境下所摄取的磷比在厌氧环境中所释放的磷多，污水生物除磷正是利用了微生物的这一过程。