反硝化作用， 狹義的指將硝酸鹽還原為分子態氮的過程， 稱為脫氮作用；廣義的指將硝酸鹽還原為較簡單的氮化合物的過程， 除了脫氮作用外， 還包括硝酸鹽還原作用（指脫氮作用以外的還原作用， 例如硝酸鹽還原為亞硝酸鹽的作用）。
多種細菌和真菌鬥具有硝酸鹽還原酶， 可以將硝酸鹽還原為亞硝酸鹽。 方程式如下：
NHO3+2H------------>HNO2+H2O(需要硝酸還原酶的作用)
而脫氮作用， 則常常與無氮有機物的氧化反應伴隨發生， 例如：
C6H12O6+6H2O---------->6CO2+24H
24H+4NO3￣-------------->12H2O+2N2
總的反應方程式為：
C6H12O6+4NO3￣------------>6CO2+6H2O+2N2+420cal
也就是說， 在１摩爾的葡萄糖被氧化的同時， 有４摩爾的硝酸根被還原為２摩爾分子氮。
很多細菌可以引起脫氮作用， 主要是一些革蘭氏陰性的無芽胞桿菌， 如螢光桿菌， 斯圖采爾桿菌。 它們一般是兼性需氧的細菌， 脫氮作用常常是在厭氧條件下發生。 而且， 有些化學能自養型細菌也可以在厭氧的條件下引起脫氮作用， 比如， 反硝化硫化細菌可以用硝酸鹽來氧化硫， 從而將硝酸鹽還原， 方程式如下：
5S+2CaCO3+6KNO3------------>3K2SO4+2CaSO4+2CO2+3N2+660cal
在pH為7.0~8.2， 厭氧條件下， 如果有可溶性無氮有機物存在， 則脫氮作用旺盛。
反硝化作用的意義在於：
１， 硝酸鹽還原作用使水中的低毒硝酸鹽濃度降低， 而使具有較高毒性的亞硝酸鹽濃度增加， 所以是不利的。
２， 脫氮作用使水中的低毒硝酸鹽濃度降低， 變為無毒的氮氣排除， 是有利的。
３， 在草缸中，
４， 如果要增加脫氮作用的強度， 可以創造適合反應的條件， 其中保持適合的酸鹼度和一定可溶性無氮有機物濃度是關鍵。 無氮有機物水中的存在有限， 可以考慮額外添加補充， 例如向水中補充葡萄糖溶液。
５， 脫氮作用對沒有排除硝酸鹽途徑的裸缸具有重要意義， 和良好的硝化作用一起， 維持水中的低氮狀態， 保持水質穩定， 延長換水時間。
