美国联合碳化物公司开发的 NUOX 技术是最早也是现阶段较为成熟的纯氧曝气废水处理技术，该系统采用密闭式曝气池，氧气在池中得到充分的利用。我国于20世纪80 年代引进了6套UNOX系统，均用于石油化工废水的处理。其它的纯氧曝气系统还有如英国 ROC公司的VITOX系统，Messer 公司开发的BIOX系统(即微气泡纯氧曝气工艺)，空气产品和化学品公司开发的Oxy- Dep系统以及PRAXAIRI- SOTM纯氧曝气技术。
纯氧曝气在中国的应用， 是以石油化工行业为突破点的，它在其它工业如化工、轻工、冶金、医药、特别是造纸、染料工业等难降解的废水处理方面， 具有广泛的适用范围。目前在河道复氧和地下水除铁方面也有应用，且均取得了较好的效果，根据实践，纯氧曝气更适用于较高浓度的难降解工业废水。
氧气是一种难溶于水的气体 。试验证明当总压为101.3-1013KPa时，其溶解度符合亨利定律。常温常压下，空气中氧在水中的溶解度约为10mg/L，空气曝气操作可使水中溶解氧的饱和度最高达80%-90%，即水中溶解氧浓度最高为8-9mg。这对于一些氧量要求较高的水处理工艺过程是不够的。
纯氧中氧的百分含量几乎是空气中的5倍，故在常温常压下，纯氧可使水中氧气的溶解度高达50mg/L。用纯氧曝气操作时，水中溶解氧的浓度可达40-45mg/L。这与空气曝气相比，提高很多，而且纯氧曝气法还易于通过调节氧气流量与压力控制水中溶解氧的浓度，使之适合各种水质处理的要求。
氧气的传质过程：当温度，水质及气液混合强度不变时，氧气在水中传质速率随着溶解度的增大而升高，也就是随着氧气分压的增大而升高。显然，纯氧曝气与空气曝气相比，氧气传质速率可有很大程度的提高。纯氧代替空气，可获得较大的传质速率，因而可减小曝气设备体积，或提高设备的供氧负荷。这是减少设备投资及占地面积的理论根据。
