一体化污水处理设备虽然有着很多的工艺，但是其内部结构大体是相似的。常见的AO一体化污水处理设备一般由壳体、曝气设备、风机、控制系统、消毒系统等，设备内部有多个反应池。
(1)初沉池:池体大多为竖流式沉淀池，沉淀下来的污泥用空气提至污泥池。
(2)调节池:用于调节水量和均匀水质，使污水能比较均匀进入后续处理单元。调节池内设置预曝气系统，可提高整个系统的抗冲击性，及减少污水在厌氧状。
(3)缺氧池:池内为缺氧状态，主要进行脱氮处理，并设置弹性填料以作为反硝化细菌的载体
(4)好氧池:池中好氧菌以填料为载体，利用污水中的有机物为食料，将污水中的有机物分解成CO2和H2O，从而达到净化目的。好氧微生物生存所需的氧气由风机提供。
(5)二沉池:污水经过生物接触氧化池处理后出水自流进入二沉池，以进一步沉淀去除脱落的生物膜和部份有机及无机小颗粒。
(6)消毒池:污水经沉淀后，病毒及大肠杆菌指标仍末达到排放标准，为了消灭病毒及大肠杆菌，投加氯片消毒剂进行消毒处理，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:好氧消化处理沉淀池所排放的剩余污泥，经过处理后的污泥体积更小、更稳定，便于清除外运。