雙膜理論認為，在“氣-水”界面上存在著氣膜和液膜，氣膜外和液膜外有空氣和液體流動，屬紊流狀態；氣膜和液膜間屬層流狀態，不存在對流，在一定條件下會出現氣壓梯度和濃度梯度。如果液膜中氧的濃度低于水中氧的飽和濃度，空氣中的氧繼續向內擴散透過液膜進入水體，因而液膜和氣膜將成為氧傳遞的障礙，這就是雙膜理論。顯然，克服液膜障礙***有效的方法是快速變換“氣-液”界面。曝氣攪拌正是如此，具體的做法就是：減少氣泡的大小，增加氣泡的數量，提高液體的紊流程度，加大曝氣器的安裝深度，延長氣泡與液體的接觸時間。曝氣設備正是基于這種做法而在污水處理中被廣泛采用的。
污水進入水廠，經過格柵池至集水間，由水泵提升到平流沉砂池，經初沉池沉淀后，大約可去除SS 45%,BOD 25%.污水進入曝氣池中曝氣，可從一點進水，采用傳統活性污泥法，也可采用多點進水的階段曝氣法。在二次沉淀池中，活性污泥沉淀后，回流至污泥泵房。二沉池出水經加氯處理后，排入水體。
曝氣池一般和沉淀池組成聯合工藝流程。設置在曝氣池前面的稱初次沉淀池，設置在曝氣池后面的稱為二次沉淀池,分別用于廢水的預處理和后處理。曝氣池也有和二次沉淀池合建的。這種設施由曝氣區、導流區、沉淀區、回流區四部分組成。導流區的作用是使污泥凝聚和使氣水分離，為沉淀創造條件。在曝氣區內廢水與回流污泥充分混合,然后經導流區流入沉淀區,澄清后的水經溢流堰排出。沉淀污泥沿曝氣區底部回流入曝氣池。這種設施結構緊湊，流程短，可以節省污泥回流設備。
又創造出一些新型曝氣方法，如深井曝氣、純氧或富氧曝氣和配合其他生物處理方法的曝氣等。深井曝氣一般用直徑1～6米、深達50～150米的曝氣池,利用水壓來提高水中氧的移轉速率,以高效去除污水中BOD（生化需氧量）。這種曝氣池已在英國、德意志聯邦共和國、法國、加拿大、美國、日本先后投入運行或實驗運行。純氧曝氣是按鼓風曝氣方法向水中鼓入純氧或富氧空氣，池型一般如鼓風曝氣池,上加密封蓋,以充分提高充氧效率。另外還在研究和發展一些特殊型式的曝氣池，如生物接觸氧化和生物膜載體流化床曝氣池等（見生物膜法）。曝氣池在朝著高效率、小體積、節省能源的方向發展。
