1、硝化作用
人们一直认为亚硝酸细菌和硝酸细菌有很近的关系，它们都属于硝化细菌科。但是最近研究发现，其实它们的关系并不是那么紧密，所以把它们分成了不同的类别。以前对硝化细菌的研究主要集中在一些少数的菌种，比如Nitrosomonaseu-rohaea和Nitrobacter woinogradsky。但是现在研究范围扩大了，我们对硝化细菌的了解也更全面了。
原来大家都认为硝化细菌都是好氧自养型细菌，但是现在发现它们有很多不同的代谢方式。在有充足氧气的环境下，它们会把基质（氨或亚硝酸盐）氧化成产物（亚硝酸盐或硝酸盐），从中获取能量。但是在氧气浓度较低的条件下，它们可能会用氧和亚硝酸盐作为电子受体，在没有氧气的情况下，它们还可以用亚硝酸盐作为电子受体进行厌氧呼吸。当以亚硝酸盐为电子受体时，硝酸细菌会进行好氧呼吸（以亚硝酸盐为电子供体，以氧为电子受体），实现自养生长。在没有氧气但有硝酸盐的情况下，它们会进行厌氧呼吸（以有机物为电子供体，以硝酸盐为电子受体）。而在既没有氧气也没有硝酸盐的情况下，它们甚至可以进行发酵作用（以有机物为电子供体和电子受体），实现异养生长。
一直以来，人们认为亚硝酸细菌在自养代谢过程中，氧分子直接参与氨的氧化。但是最近的研究发现，NO也参与了这个过程。过高的氧气浓度可能会导致NO和NO从水中去除，影响氨的氧化。而且只要有NO存在，亚硝酸细菌就可以进行氨氧化，不只可以进行好氧氨氧化，还可以进行厌氧氨氧化。
2、反硝化作用
反硝化细菌跟硝化细菌不一样，它们在分类学上没有单独的分类。这些细菌散布在各种原核生物的属中。最近几年，人们利用高灵敏度的分析仪器和分子探针技术，识别了大量反硝化细菌。随着研究的深入，被识别的反硝化细菌种类还会继续增加。我们已经研究了所有的反硝化酶，对它们的结构和性能有了初步了解，还研究了每个酶基因的组织方式以及表达调控模式。探索氧和氨氧化物对反硝化酶的调控机制，可以为反硝化工艺的设计和操作提供理论依据。
3、厌氧氨氧化作用
1977年，奥地利的理论化学家Broda根据化学反应热力学原理，预测了厌氧氨氧化反应和厌氧氨氧化菌的存在。十多年后，Mulder等人在生物脱氨流化床反应器里看到了这种反应。然后，vandeGraaf等人通过各种方法证实了厌氧氨氧化菌的存在，并成功分离出两种厌氧氨氧化菌。结果表明，这两种厌氧氨氧化菌都是属于分支复杂的浮霉细菌。现在，大家已经了解了厌氧氨氧化的反应机理，并且得到了很多实验证据的支持。
