Nền tảng cho thử nghiệm COD là gần như mọi hợp chất hữu cơ đều có thể bị oxy hóa đầy đủ để tạo ra dioxide cacbon bằng các chất oxy hóa mạnh trong các điều kiện axít. Khối lượng oxy cần thiết để oxy hóa một hợp chất hữu cơ thành dioxide cacbon, amonia và nước được thể hiện dưới dạng tổng quát là:

C n H a O b N c + ( n + a 4 − b 2 − 3 4 c ) O 2 → n CO 2 + ( a 2 − 3 2 c ) H 2 O + c NH 3 {\displaystyle {\mbox{C}}_{n}{\mbox{H}}_{a}{\mbox{O}}_{b}{\mbox{N}}_{c}+\left(n+{\frac {a}{4}}-{\frac {b}{2}}-{\frac {3}{4}}c\right){\mbox{O}}_{2}\rightarrow n{\mbox{CO}}_{2}+\left({\frac {a}{2}}-{\frac {3}{2}}c\right){\mbox{H}}_{2}{\mbox{O}}+c{\mbox{NH}}_{3}}

Công thức này không bao gồm nhu cầu oxy gây ra từ quá trình oxy hóa amonia thành nitrat. Quá trình chuyển hóa amonia thành nitrat được gọi là nitrat hóa. Dưới đây là phương trình chính tắc để oxy hóa amonia thành nitrat.

N H 3 + 2 O 2 → N O 3 − + H 3 O + {\displaystyle {\mbox{N}}{\mbox{H}}_{3}+2{\mbox{O}}_{2}\rightarrow {\mbox{N}}{\mbox{O}}_{3}^{-}+{\mbox{H}}_{3}{\mbox{O}}^{+}}

Phương trình thứ hai này nên được áp dụng sau phương trình thứ nhất để gộp cả quá trình oxy hóa trong sự nitrat hóa nếu như nhu cầu oxy từ việc nitrat hóa phải được biết đến. Dicromat không oxy hóa amonia thành nitrat, vì thế quá trình nitrat hóa này có thể bỏ qua một cách an toàn trong thử nghiệm nhu cầu oxy hóa học tiêu chuẩn.

Tổ chức tiêu chuẩn hóa quốc tế (ISO) miêu tả phương pháp tiêu chuẩn để đo nhu cầu oxy hóa học trong ISO 6060 .