Tato kapitola se zabývá chemií a biochemií nitrifikace. Biologické procesy pro kontrolu dusíkatých zbytků v odpadních vodách lze rozdělit do dvou širokých oblastí: (1) produkce odpadní vody, kde se dusík (amoniakální a organický dusík) přeměňuje na dusičnanový dusík, a (2) redukce dusičnanů na plynný dusík. V první fázi probíhá nitrifikace pomocí bakterií, které oxidují amoniak na dusičnany s mezistupněm tvorby dusitanů. Druhý stupeň, denitrifikace, se používá po nitrifikaci, když je třeba snížit celkový obsah dusíku v odpadní vodě. Dva hlavní rody bakterií, které mají význam v procesech biologické nitrifikace, jsou Nitrosomonas a Nitrobacter. Pro dosažení nitrifikace v čistírně musí být splněny dvě podmínky. Za prvé, stáří kalu musí být dostatečně vysoké, aby nedocházelo k vyplavování pomalu rostoucích nitrifikátorů při použití systémů návrhu aktivního kalu. Za druhé, doba kontaktu mezi bakteriální hmotou a amoniakem musí být dostatečně dlouhá, aby došlo k oxidaci amoniaku
.