A-A-O生物脱氮除磷工艺是传统活性污泥工艺、生物硝化及反硝化工艺和生物除磷工艺的综合。在该工艺流程内，BOD、SS和以各种形式存在的氮和磷将一并被去除。该系统的活性污泥中，菌群主要由硝化菌、反硝化菌和聚磷菌组成。
三类细菌均具有去除BOD的作用，但BOD的去除实际上以反硝化细菌为主，污水进入曝气池以后，随着聚磷菌的吸收、反硝化菌的利用及好氧段好氧生物分解，BOD浓度逐渐降低。在厌氧段，由于聚磷菌释放磷，TP浓度逐渐升高，至缺氧段升至最高。在缺氧段，一般认为聚磷菌既不吸收磷，也不释放磷，TP保持稳定。
水力停留时间与进水浓度、温度等因素有关。厌氧段水力停留时间一般在1～2小时范围；缺氧段水力停留时间1.5～2小时；好氧段水力停留时间一般应在6小时。
F/M越低SRT越高，脱氮效率越高，而生除磷则要求高F/M低SRT。A-A-O生物脱氮除磷是运行较灵活的一种工艺，可以以脱氮为重点，也可以以除磷为重点，当然也可以二者兼顾。如果既要求一定的脱氮效果，也要求一定的除磷效果，F/M一般控制在0.1～0.18kgBOD5/(kgMLVSS•d)，SRT一般应控制在8～15天。
内回流比r一般在200～500％之间，具体取决于进水TKN浓度，以及所要求脱氮效率，一般认为，300～500％时脱氮效率最佳。外回流比R一般在50～100％的范围内，在保证二沉池不发生反硝化及二次释放磷的前提下，应使R降至最低，以免将大多的NO3－N带回厌氧段，干扰磷的释放，降低除磷效率。
厌氧段DO应控制在0.2mg/l以下，缺氧段DO应控制在0.5mg/l以下，而好氧段DO应控制在2～3mg/l之间。
A-A-O生物除磷脱氮系统中，污泥混合液的PH应控制在7.0之上，如果PH小于6.5时，可提高碱度。
温度越高，对生物脱氮越有利，当温度低于15℃时，生物脱氮效率将明显下降。而当温度下降时，则极可能对除磷有利。