自然界氮素蘊藏量豐富，以三種形態(tài)存在：分子氮N2，占大氣的78%;有機氮化合物；無機氮化合物。其中水體中的氮主要包括有機氮和無機氮兩大類，其總量稱為總氮（英文縮寫為TN)。

有機氮是指以有機化合物形式存在的氮，如蛋白質、氨基酸、肽、尿素、有機胺、硝基化合物、重氮化合物等。農業(yè)廢棄物和城市生活污水中存在的有機氮主要是蛋白質及其分解產物——多肽和氨基酸。但某些工業(yè)廢水中可能有其它含氮有機化合物。無機氮指氨氮、亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮等，它們一部分是有機氮經微生物分解轉化作用而產生的，一部分直接來自施用化肥的農田退水和工業(yè)排水。

氮在水體中會發(fā)生轉化。隨著時日的延長，有機氮很不穩(wěn)定，容易在微生物的作用下，分解成無機氮（在無氧的條件下，分解為氨氮；在有氧的條件下，先分解為氨氮.，再分解為亞硝酸鹽氮與硝酸鹽氮），并不斷減少。

氨氮在污水中存在形式有游離氨（NH3)與離子狀態(tài)銨鹽（NH4+)兩種，其中游離氨的濃度除主要取決于氨氮的濃度外，還隨水中的pH值和溫度的增加而增大。此外，離子強度對游離氨的濃度也會有影響。 

水中硝酸鹽是含氮有機物經無機化作用終階段的分解產物。硝酸鹽在缺氧、酸性的條件下可以還原成亞硝酸鹽。亞硝酸鹽氮是氮循環(huán)的中間產物，不穩(wěn)定,。根據水環(huán)境條件，可被氧化成硝酸鹽氮，也可以被還原成氮。