曝气系统为生物好氧提供必须的氧气，是处理站设计的核心之一，许多废水处理站无法正常运行均由该系统的故障造成。设计的关键是需氧量的计算，许多公司采用经验值计算往往会造成设计容量过大或不足。活性污泥池的需氧主要由三部分组成：去除BOD5所消耗的氧(0.5kgO2/kgBOD)、维持曝气池内污泥好氧所需要的氧(0.11kgO2/kg污泥)、氨氮硝化所需要的氧(4.7kgO2/kgNH3-N)，其中氨氮硝化所需的氧接近于其他部分所需氧的总和。许多设计人员在计算需氧量过程中会故意忽略氨氮硝化所需要的氧，以减少曝气量，降低投资和运行成本，增加项目在投标阶段的竞争力，故总是无法达标。
确定需氧量后，选择供氧系统成为关键，目前主要的供氧系统有射流曝气和鼓风曝气两大类。与鼓风曝气相比，射流曝气的优点是噪音小，安装维护简易;其缺点是能耗大，以目前行业内较为常用的水下曝气机和射流器为例，一千瓦的电耗所提供的溶解氧仅为0.9kg;而鼓风机+球冠型微孔曝气器的曝气系统，一千瓦的电耗所能提供的溶解氧为6.5～8.85kg。小型废水处理站可选用射流曝气，对于规模较大的废水处理站则选择鼓风曝气为宜。另外微孔曝气器的性能和参数则是曝气系统能否正常运行的关键，“溶解氧利用率”的高低直接关系到废水处理运行费用的高低。