根据氮素的转化途径，反硝化作用可以分为同化（合成）反硝化和异化（代谢）反硝化两种。同化反硝化是指反硝化菌利用有机碳作为能源物质与电子供体，将NOX-N还原成NH3-N，以用来合成新的细胞成分。异化反硝化是指反硝化细菌在缺氧条件下将硝态氮、亚硝态氮还原为氮气、氧化亚氮或一氧化氮的过程，其中氮气是主要成分，所以通常把能够还原硝态氮或亚硝态氮并产生氧化亚氮或氮气的细菌称为反硝化细菌。此类细菌完成的同化或者异化反硝化都可以被视为脱氮的方式，其中异化反硝化作用占据主导，约70%-75%的氮都是通过异化反硝化的方式去除的。
同化反硝化：
NO3- → NO2- →NH2OH →含氮有机物
异化反硝化：
NO2- +3H(电子供体-有机物) →0.5N2↑+H2O+OH-
NO3- +5H(电子供体-有机物) →0.5N2↑+2H2O+OH-
同化反硝化：
NO3- → NO2- →NH2OH →含氮有机物
异化反硝化：
NO2- +3H(电子供体-有机物) →0.5N2↑+H2O+OH-
NO3- +5H(电子供体-有机物) →0.5N2↑+2H2O+OH-