S型滤砖硝化反应是由一类自养耗氧微生物完成的，包括两个步骤：步为亚硝化过程，是由亚硝酸菌将氨氮转化为亚硝酸盐;第二步为硝化过程，由硝酸菌将亚硝酸盐进一步氧化为硝酸盐，亚硝酸菌和硝酸菌统称为硝化菌，都利用无机碳化合物如CO32-、HCO3-和CO2作为碳源，从NH3、NH4+或NO2-的氧化反应中获取能量。
亚硝酸菌和硝酸菌的特性大致相似，但前者的世代期较短，生长率较快，因此较能适应冲击负荷和不利的环境条件，当硝酸菌受到抑制时，有可能出现NO2-积累的情况。
S型滤砖反硝化反应
S型滤砖反硝化反应是由一群异养性微生物完成的生物化学过程，它的主要过程是在缺氧的条件下，将硝化过程中产生的亚硝酸盐和硝酸盐还原成气态氮。反硝化细菌多数是兼性细菌，有分子态氧存在时，反硝化氧化分解有机物，利用分子氧作为终电子受体。在无分子态氧条件下，反硝化菌利用硝酸盐和亚硝酸盐中的N5+和N3-作为电子受体，O2-作为受氢体生成H2O和OH-碱度，有机物则作为碳源和电子供体提供能量，并得到氧化稳定。
S型滤砖反硝化过程中亚硝酸盐和硝酸盐的转化时通过反硝化细菌的同化作用和异化作用来完成的。异化作用就是将NO2-和NO3-还原为NO、N2O、N2等气体物质，主要是N2。而同化作用是反硝化菌将NO2-和NO3-还原成为NH3-N,供新细胞合成使用，使氮成为细胞质的成分，此过程可成为同化反硝化。
S型滤砖反硝化反应一般以有机物为碳源和电子供体。当环境中缺乏有机物时，微生物还可以消耗自身的原生质，进行所谓的内源反硝化。反应式如下：
C5H7O2N+4NO3-→5CO2+NH3+2N2+4OH-
可见内源反硝化的结果是细胞原生质的减少，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。
