一般的に、水槽内のアンモニアを亜硝酸、硝酸塩へと変える反応を硝化と呼び、そこで働くバクテリアを硝化バクテリアと呼びます。ニトロソモナス、ニトロバクターなどが有名です。

※硝化バクテリアは酸素があるところに繁殖する（好気性）バクテリアで、ろ材表面やライブロック、水中などに繁殖する。アンモニアを最終的に硝酸塩へと変える。

硝化に対して逆の反応を、酸素を奪うことを踏まえて還元と呼びます。還元バクテリアは酸素がないところでは硝酸塩や亜硝酸から酸素を奪います。結果それらは窒素へと変えられ空気中に放出されます。さらに酸素を奪う硝酸塩がなくなると今度は硫酸塩を還元します。硫化水素が発生しますが通常は底砂の深い部分で起こるので水槽内まで出てくることはありません。

※還元バクテリアは酸素がないところにのみ繁殖すると思われがちですが、酸素があるところでは別の働きをしており、環境によって働きの変わる特殊なバクテリアです。酸素がある好気域では有機物の分解をしています。いずれにしても基本的に還元は酸素が無いところでしか行われません。

水槽をセットしたばかりの時期はまず硝化バクテリアの増加を待つことになります。彼らは水槽内の残餌や魚のフンなどから出来る、生物にとって有害なアンモニアを亜硝酸、さらには比較的無害な硝酸塩へと変えてくれるのです。しかし一般的なろ材を用いたろ過システムでは硝酸塩がどんどん蓄積されてゆきます。硝酸塩の濃度が高くなると生物にも悪影響が出始めます。水替えが必要なのはこのためです。
底砂を厚めに敷き、ろ材を使わず強力なプロテインスキマーを利用するベルリンシステムは底砂の中に酸素が無い嫌気域を作り、そこで還元を行わせ硝酸塩を低く保つ自然のサイクルを目指したろ過システムということになります。硝酸塩に敏感なミドリイシなどのサンゴの飼育に適しています。