Ces aérateurs fonctionnent en pompant de l'air dans l'eau à travers des tuyaux perforés, des plaques poreuses ou des tubes. L'aération par diffusion est théoriquement supérieure à l'aération par chute d'eau car une fine bulle d'air s'élevant dans l'eau est continuellement exposée à des surfaces liquides, ce qui permet d'obtenir une surface d'eau maximale par unité de volume d'air. De plus, la vitesse des bulles qui montent dans l'eau est beaucoup plus faible que la vitesse des gouttes d'eau en chute libre, ce qui permet un temps de contact plus long. La plus grande efficacité est obtenue lorsque le flux d'eau est à contre-courant des bulles d'air ascendantes.