反硝化作用是在無氧條件下，反硝化菌以硝酸鹽(NO3-)作為電子受體，通過一系列的還原反應將硝酸鹽還原為氮氣(N2)的過程。這個過程可以分為以下幾個步驟：
硝酸鹽(NO3-)被還原為亞硝酸鹽(NO2-)：2 NO3- + 4 H+ + 4 e- → 2 NO2- + 2 H2O。
亞硝酸鹽(NO2-)進一步被還原為一氧化氮(NO)：2 NO2- + 4 H+ + 2 e- → 2 NO + 2 H2O。
一氧化氮(NO)被還原為一氧化二氮(N2O)：2 NO + 2 H+ + 2 e- → N2O + H2O。
一氧化二氮(N2O)最終被還原為氮氣(N2)，完成整個反硝化過程：N2O + 2 H+ + 2 e- → N2 + H2O。
總的來說，反硝化作用的總方程式可以表示為：2 NO3- + 10 e- + 12 H+ → N2 + 6 H2O，ΔG = -333 kJ/mol。這個過程在維持氮循環平衡和地下水污染修復中起著重要作用。