The　N　and　O　isotope　fractionation　effects　in　NO2−-N　oxidation　and　nitrification　performance　of　an　activated　sludge　system　treating　municipal　wastewater　are　unknown.　The　nitrifying　sludge　was　cultured　under　different　temperature　(33　±　1　°C,　25　±　1　°C,and　18　±　1　°C)　and　dissolved　oxygen　(DO:　0.5–1　mg/L,　3–4　mg/L,　and　7–8　mg/L).　The　inverse　kinetic　isotope　effects　of　N　and　O　(15ΕNO2　and　18ΕNO2)　were　−0.62‰　to　−7.08‰　and　−0.87‰　to　−1.68‰　in　the　process　of　NO2−-N　oxidation,　respectively.　15ΕNO3　gradually　increased　with　increasing　of　temperature　(15ΕNO3–33°C　(14.49‰)　＞　15ΕNO3–25°C　(10.43‰)　＞　15ΕNO3–18°C　(7.3‰)),　while　the　15ΕNO3:18ΕNO3　was　maintained　at　1.02–5.32.　The　increase　of　temperature　improved　the　nitrification　activity,　which　promoted　the　fractionation　effect,　but　the　change　of　DO　did　not　highlight　this　difference.　The　exchange　of　NO2−-N　and　H2O　(XNOB)　was　32.5　±　1.5%,　and　the　kinetic　isotope　effect　of　H2O　participating　in　the　reaction　(18Εk,　H2O,　2)　was　22.57　±　1.79‰,　indicating　that　H2O　was　involved　in　the　NO2−-N　oxidation　rather　than　DO.　In　summary,　the　elevated　temperature　enhanced　the　fractionation　effect　of　NO2−-N　oxidation.　This　study　provides　a　new　perspective　to　reveal　the　mechanism　of　NO2−-N　oxidation,　optimize　the　process　of　nitrogen　removal　from　wastewater　and　further　control　water　eutrophication.　©　2021