工程化的人工湿地系统，是近些年出现的一种新型的水处理技术，其去除污染物的范围较为广泛，包括有机物、氮(N)、磷(P)、悬浮物(SS)、微量元素、病原体等，其净化机理十分复杂，综合了物理、化学和生物的3种作用，供给湿地床除污需要的氧气；同时由于发达的植物根系及填料表面生长的生物膜的净化作用、填料床体的截留及植物对营养物质的吸收作用，而实现对水体的净化。
人工湿地对有机物的去除
人工湿地对有机物有较强的处理能力。不容性有机物通过湿地的沉淀、过滤可以很快从废水中截流下来，被微生物加以利用；可溶性有机物则可通过微生物的吸附及微生物的代谢过程被去除。废水中大部分有机物的最终归宿是被异养微生物转化为微生物细胞及二氧化碳和水。
人工湿地对氮的去除
废水中氮主要通过植物吸收和微生物的硝化、反硝化作用被去除，其中植物吸收只去除了污水中小部分的氮，而污水中氮的去除主要是通过微生物的硝化、反硝化作用来完成的。人工湿地比传统活性污泥处理系统(一般无法完成反硝化作用)具有更强的氮处理能力。
人工湿地对磷的去除
人工湿地对磷的去除是植物吸收、微生物去除及物理化学作用3方面共同作用的结果。废水中无机磷在植物吸收及同化作用下可变成植物的有机成分，通过植物的收割而去除。物理、化学作用包括填料对磷的吸附及填料与磷酸根离子的化学反应。微生物对磷的去除包括它们对磷的正常同化(将磷纳入其分子组成)和对磷的过量积累。其中，填料的物理、化学作用对于磷的去除贡献最大。
