除臭过程主要分为以下几个阶段：

一个阶段：气—液扩散阶段，臭气中的污染物通过填料气—液界面由气相转移到液相；

第二个阶段：液—固扩散阶段，恶臭物质向微生物膜表面扩散—废气中的异味分子由液相扩散到生物填料的生物膜（固相），污染物质被微生物吸附、吸收；

第三个阶段：生物氧化阶段，微生物将恶臭物质氧化分解—生物填料表面形成的生物膜中的微生物把异味分子氧化，同时生物膜会引起氮或磷等营养物质及氧气的扩散和吸收。

通过上述三个阶段，利用微生物的代谢活动降解恶臭物质，将恶臭物质氧化为终产物—含硫的恶臭物质被分解成S、SO₃^2-和SO₄^2-；含氮的恶臭物质被分解成NH₄⁺、NO₃^-和NO₂^-；未含硫或氮的恶臭物质被分解成CO₂和H₂O，从而达到异味净化的目的。主要反应方程式如下：

恶臭物质的氧化过程需要各种微生物共同参与，同一恶臭物质不同的氧化阶段需要不同的微生物。例如含硫物质的氧化：当恶臭气体为H₂S时，专性的自养型硫化氧化菌会在一定条件下将H₂S氧化为硫酸根；当恶臭气体为有机硫如甲硫醇时，则首先需要导氧型微生物将有机硫转化为H₂S，然后H₂S再由自养型微生物转化为硫酸根。又如当恶臭气体为氨时，氨先溶于水，然后在有氧条件下经氨氧化细菌、亚硝化细菌和硝化细菌的硝化作用转化为硝酸盐，在兼性厌氧条件下，硝酸盐还原细菌将硝酸盐还原为氮气。