美國聯合碳化物公司開發的 NUOX 技術是最早也是現階段較為成熟的純氧曝氣廢水處理技術，該系統采用密閉式曝氣池，氧氣在池中得到充分的利用。我國于20世紀80 年代引進了6套UNOX系統，均用于石油化工廢水的處理。其它的純氧曝氣系統還有如英國 ROC公司的VITOX系統，Messer 公司開發的BIOX系統(即微氣泡純氧曝氣工藝)，空氣產品和化學品公司開發的Oxy- Dep系統以及PRAXAIRI- SOTM純氧曝氣技術。

純氧曝氣在中國的應用， 是以石油化工行業為突破點的，它在其它工業如化工、輕工、冶金、醫藥、特別是造紙、染料工業等難降解的廢水處理方面， 具有廣泛的適用范圍。目前在河道復氧和地下水除鐵方面也有應用，且均取得了較好的效果，根據實踐，純氧曝氣更適用于較高濃度的難降解工業廢水。

氧氣是一種難溶于水的氣體 。試驗證明當總壓為101.3-1013KPa時，其溶解度符合亨利定律。常溫常壓下，空氣中氧在水中的溶解度約為10mg/L，空氣曝氣操作可使水中溶解氧的飽和度最高達80%-90%，即水中溶解氧濃度最高為8-9mg。這對于一些氧量要求較高的水處理工藝過程是不夠的。

純氧中氧的百分含量幾乎是空氣中的5倍，故在常溫常壓下，純氧可使水中氧氣的溶解度高達50mg/L。用純氧曝氣操作時，水中溶解氧的濃度可達40-45mg/L。這與空氣曝氣相比，提高很多，而且純氧曝氣法還易于通過調節氧氣流量與壓力控制水中溶解氧的濃度，使之適合各種水質處理的要求。

氧氣的傳質過程：當溫度，水質及氣液混合強度不變時，氧氣在水中傳質速率隨著溶解度的增大而升高，也就是隨著氧氣分壓的增大而升高。顯然，純氧曝氣與空氣曝氣相比，氧氣傳質速率可有很大程度的提高。純氧代替空氣，可獲得較大的傳質速率，因而可減小曝氣設備體積，或提高設備的供氧負荷。這是減少設備投資及占地面積的理論根據。