地下水中的NH3 + H+ → NH4+ 透過微生物氧化作用轉化成NO2- (亞硝酸)，此為為何發現NO2- 含量升高的原因，而NO2- 則再經過微生物氧化轉化成毒性較低的硝酸 (NO3-)，最終轉成氮或氮氧化物，最後會經植物吸收利用或散溢於大氣中，稱之為氮循環 (nitrogen cycle)，過程中可藉由水車及益生菌的添加加速其轉換。
光合菌是利用固氮、脫氮作用來降低水中含氮化合物；硝化菌則是進行硝化作用來分解，過程中由亞硝酸菌先將氨轉變為亞硝酸，硝酸菌則將亞硝酸轉變為硝酸，兩種菌的作用機制不同，但都有改善與穩定水質的功能。
光合菌和硝化菌可以同時使用或依養殖池的狀況做調整，如自行培養益生菌，要防止受到其他雜菌的污染。益生菌的使用除改善水質外，同時使養殖環境中含有益之微生物，維持良好環境，即可達到減少疾病發生的機會。