双膜理论认为，在“气-水”界面上存在着气膜和液膜，气膜外和液膜外有空气和液体流动，属紊流状态；气膜和液膜间属层流状态，不存在对流，在一定条件下会出现气压梯度和浓度梯度。如果液膜中氧的浓度低于水中氧的饱和浓度，空气中的氧继续向内扩散透过液膜进入水体，因而液膜和气膜将成为氧传递的障碍，这就是双膜理论。显然，克服液膜障碍*有效的方法是快速变换“气-液”界面。曝气搅拌正是如此，具体的做法就是：减少气泡的大小，增加气泡的数量，提高液体的紊流程度，加大曝气器的安装深度，延长气泡与液体的接触时间。曝气设备正是基于这种做法而在污水处理中被广泛采用的。
污水进入水厂，经过格栅池至集水间，由水泵提升到平流沉砂池，经初沉池沉淀后，大约可去除SS 45%,BOD 25%.污水进入曝气池中曝气，可从一点进水，采用传统活性污泥法，也可采用多点进水的阶段曝气法。在二次沉淀池中，活性污泥沉淀后，回流至污泥泵房。二沉池出水经加氯处理后，排入水体。
曝气池一般和沉淀池组成联合工艺流程。设置在曝气池前面的称初次沉淀池，设置在曝气池后面的称为二次沉淀池,分别用于废水的预处理和后处理。曝气池也有和二次沉淀池合建的。这种设施由曝气区、导流区、沉淀区、回流区四部分组成。导流区的作用是使污泥凝聚和使气水分离，为沉淀创造条件。在曝气区内废水与回流污泥充分混合,然后经导流区流入沉淀区,澄清后的水经溢流堰排出。沉淀污泥沿曝气区底部回流入曝气池。这种设施结构紧凑，流程短，可以节省污泥回流设备。
又创造出一些新型曝气方法，如深井曝气、纯氧或富氧曝气和配合其他生物处理方法的曝气等。深井曝气一般用直径1～6米、深达50～150米的曝气池,利用水压来提高水中氧的移转速率,以**去除污水中BOD（生化需氧量）。这种曝气池已在英国、德意志联邦共和国、法国、加拿大、美国、日本先后投入运行或实验运行。纯氧曝气是按鼓风曝气方法向水中鼓入纯氧或富氧空气，池型一般如鼓风曝气池,上加密封盖,以充分提高充氧效率。另外还在研究和发展一些特殊型式的曝气池，如生物接触氧化和生物膜载体流化床曝气池等（见生物膜法）。曝气池在朝着**率、小体积、节省能源的方向发展。
