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。
在氧化池中，水中的有機物和氨氮等污染物在曝氣區域與氧氣接觸，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。這些微生物分解有機物時，會產生二氧化碳氣體和微生物細胞體，從而淨化污水。氧化池分為好氧池和厭氧池兩種類型，好氧池中，微生物利用氧氣將有機物、氮、磷等污染物轉化為二氧化碳、水和一些無機化合物，而厭氧池則通過厭氧微生物的作用，將部分污染物轉化為簡單的有機酸和醇類等物質。
此外，高級氧化池（Advanced Oxidation Process, AOP）利用強氧化劑（如臭氧、UV光、過氧化氫等）引發化學反應，將水中的有機物和污染物氧化分解成無害物質。其工作流程包括生成氧化劑、自由基反應以及沉澱和過濾等步驟。