除臭過程主要分為以下幾個階段：

一個階段：氣—液擴散階段，臭氣中的污染物通過填料氣—液界面由氣相轉移到液相；

第二個階段：液—固擴散階段，惡臭物質向微生物膜表面擴散—廢氣中的異味分子由液相擴散到生物填料的生物膜（固相），污染物質被微生物吸附、吸收；

第三個階段：生物氧化階段，微生物將惡臭物質氧化分解—生物填料表面形成的生物膜中的微生物把異味分子氧化，同時生物膜會引起氮或磷等營養物質及氧氣的擴散和吸收。

通過上述三個階段，利用微生物的代謝活動降解惡臭物質，將惡臭物質氧化為終產物—含硫的惡臭物質被分解成S、SO₃^2-和SO₄^2-；含氮的惡臭物質被分解成NH₄⁺、NO₃^-和NO₂^-；未含硫或氮的惡臭物質被分解成CO₂和H₂O，從而達到異味凈化的目的。主要反應方程式如下：

惡臭物質的氧化過程需要各種微生物共同參與，同一惡臭物質不同的氧化階段需要不同的微生物。例如含硫物質的氧化：當惡臭氣體為H₂S時，專性的自養型硫化氧化菌會在一定條件下將H₂S氧化為硫酸根；當惡臭氣體為有機硫如甲硫醇時，則首先需要導氧型微生物將有機硫轉化為H₂S，然后H₂S再由自養型微生物轉化為硫酸根。又如當惡臭氣體為氨時，氨先溶于水，然后在有氧條件下經氨氧化細菌、亞硝化細菌和硝化細菌的硝化作用轉化為硝酸鹽，在兼性厭氧條件下，硝酸鹽還原細菌將硝酸鹽還原為氮氣。