氧化池的工作原理主要基於微生物對污染物的分解代謝過程。在氧化池內，水中的有機物和氨氮等污染物在曝氣區域與氧氣一起作用，通過壓縮空氣形成氣泡，創造一個氧氣充足的環境，促進微生物的繁殖和代謝過程。微生物在分解有機物的過程中，會產生二氧化碳氣體和微生物細胞體，從而淨化污水。
具體來說，接觸氧化池中，填料上長滿生物膜，廢水在與生物膜接觸過程中，水中的有機物被微生物吸附、氧化分解並轉化為新的生物膜。從填料上脫落的生物膜隨水流到二次沉澱池，通過沉澱與水分離，實現廢水淨化。微生物所需的氧氣可能來自水中或池底部的布氣裝置。
在曝氣狀態下，氧化池內的微生物通過好氧作用將水中的污染物分解消化，將有機物降解為水和二氧化碳，使水質得到淨化。生物接觸氧化池中，微生物在填料上生長形成生物膜，當污水流經填料時，污染物被生物膜吸附並分解。曝氣裝置提供的氧氣對好氧微生物的生長和有機物的降解至關重要。
此外，還有臭氧催化池，它使用納米金屬材料催化臭氧氧化，通過產生具有強氧化能力的羥基自由基來降解污水中的有機物。