在污水中加進藥劑后，會形成若干化學反應，最重要的反應過程有下面幾種：
(1)形成溶解度低的沉淀物
高價金屬離子與很多陰離子都形成難溶的化合物沉淀下來，這些化合物在形成絮凝礬花的核心和礬花之間的連接中特別重要。
(2)無機化合物的氧化反應
催化劑可使若干無機化合物直接氧化，形成無害的易于沉淀產物。
(3)有機化合物催化反應
新型化學除磷藥劑由于催化劑的催化能力，很多有機化合物很輕易地與溶解氧發生反應，在很多情況下，終產物是CO2、H2O和氮氣。有時也會產生一些酸性物質，這些酸性物質與高價金屬離子一起形成難溶的化合物而從水中沉淀出來。

廢水中的有機污染物是通過好氧微生物的氧化作用得以降解的。加進藥劑后，可以加速這種氧化分解的速度，其作用機理主要是由高價位向低價位轉變時，成為微生物代謝過程中的電子受體，進步兼收并蓄的傳遞速度，刺激好氧微生物種群迅速增殖。

所有生物除磷工藝的一個共同特點是厭氧區的設置，在厭氧狀態下，通過污水總磷藥劑與回流污泥的混合接觸，促進發醇作用和磷開釋的進行，隨時在好氧狀態下，較好的污泥混合液含有大量能超量貯集、吸收聚磷的貯磷細菌。經過沉淀作用，達到固液分離，從而大大進步磷的往除效果。