氧化沟技术自诞生以来，历经了四个关键发展阶段，展现出强大的进化与适应性。
第一代氧化沟，如Pasveer氧化沟，诞生于处理小规模农村污水，服务人口仅为340人。它是一种间歇式的系统，集曝气、沉淀于一体，BOD5去除率高达97%。沟深1至2.5米，通过设置二沉池以实现连续运行。这一阶段的氧化沟属于延时曝气系统，以卧式表面曝气机和推流曝气为主。
第二代氧化沟，规模显著扩大，可处理工业废水，从处理生活污水扩展到工业废水。新型曝气设备如Mammoth Rotor和立式曝气器的引入，使得沟深和宽度得以提升。这一阶段的氧化沟开始考虑硝化和反硝化过程。
进入第三代，多样性的氧化沟设计层出不穷，如DHV公司的Carrousel系列、丹麦Kruger公司的双沟和三沟式，以及Passavant公司的深型氧化沟。这一阶段，氧化沟功能进一步拓展，包括除磷脱氮，出现了多种新型沟型和处理概念，如“高负荷氧化沟”等。
第四代氧化沟，以曝气净化与污泥沉淀分离一体化为核心，如美国的一体化氧化沟。它将沉淀过程整合到沟内，通过改良沟内结构或装置，实现了污水处理过程的高效集成。美国环保局将其称为I/A技术，形式多样，包括带沟内分离器的一体化、船形、侧沟或中心岛式，以及交替曝气式氧化沟。
这些阶段的发展，不断优化了氧化沟的技术性能，使其在处理规模、效率和功能上有了显著提升，适应了日益复杂和多样化的污水处理需求。
氧化沟是活性污泥法的一种变型，其曝气池呈封闭的沟渠型，所以它在水力流态上不同于传统的活性污泥法，它是一种首尾相连的循环流曝气沟渠，污水渗入其中得到净化，最早的氧化沟渠不是由钢筋混凝土建成的，而是加以护坡处理的土沟渠，是间歇进水间歇曝气的，从这一点上来说，氧化沟最早是以序批方式处理污水的技术。