所谓同时硝化反硝化现象就是硝化反应和反硝化反应在同一反应器中、相同操作条件下同时发生的现象。同时硝化反硝化的机理可以从物理学、生物化学和微生物学等多重角度来分析。微环境理论认为由于好氧工艺中厌氧性微环境的存在，使得对于好氧反硝化的小现象，即使从传统硝化反硝化理论的角度解释，也可以理解。中间理论认为在好氧硝化反硝化过程中产生了中间产物NO和N20作为气体逸出，构成了好氧条件下一部分总氮的损失，但这一部分实际上并不是反硝化脱氮。微生物理论认为是由于好氧反硝化菌的存在，近年来，发现了许多好氧反硝化菌:已知的好氧反硝化菌有三种:Pseudomonas SP,Alcaligenesfaecalis和Thiosphaera Pantotropho，这些好氧反硝化菌同时也是异氧硝化菌，正因为如此，能够直接把氨转化为最终气态产物。