一體化污水處理設備雖然有著很多的工藝，但是其內部結構大體是相似的。常見的AO一體化污水處理設備一般由殼體、曝氣設備、風機、控制系統、消毒系統等，設備內部有多個反應池。
(1)初沉池:池體大多為豎流式沉淀池，沉淀下來的污泥用空氣提至污泥池。
(2)調節池:用于調節水量和均勻水質，使污水能比較均勻進入后續處理單元。調節池內設置預曝氣系統，可提高整個系統的抗沖擊性，及減少污水在厭氧狀。
(3)缺氧池:池內為缺氧狀態，主要進行脫氮處理，并設置彈性填料以作為反硝化細菌的載體
(4)好氧池:池中好氧菌以填料為載體，利用污水中的有機物為食料，將污水中的有機物分解成CO2和H2O，從而達到凈化目的。好氧微生物生存所需的氧氣由風機提供。
(5)二沉池:污水經過生物接觸氧化池處理后出水自流進入二沉池，以進一步沉淀去除脫落的生物膜和部份有機及無機小顆粒。
(6)消毒池:污水經沉淀后，病毒及大腸桿菌指標仍末達到排放標準，為了消滅病毒及大腸桿菌，投加氯片消毒劑進行消毒處理，采用折板形式依靠自身重力，直接排放附近市政管道。
(7)污泥池:好氧消化處理沉淀池所排放的剩余污泥，經過處理后的污泥體積更小、更穩定，便于清除外運。