高速增氧機主要是通過機械部件的高速運轉，實現增加水體溶氧量的功能。
以常見的葉輪式高速增氧機為例，其運作原理是：電機帶動葉輪高速旋轉。葉輪旋轉時，會產生離心力，將水從葉輪中心甩向四周。這樣就在葉輪周圍形成低壓區，促使下層水體向上補充。同時，水體在被甩出去的過程中會與空氣充分接觸，大量的空氣被卷入水中，形成微小的氣泡。這些氣泡增加了氧氣在水中的溶解面積，并且在上升過程中，氣泡內的氧氣不斷向水中擴散，從而提高水體中的溶氧量。
還有一種是水車式高速增氧機，它的工作原理是通過電機驅動葉輪片在水體表面旋轉。葉片旋轉時推動水體流動，一方面使表層水和空氣接觸，增加溶氧；另一方面，使表層富氧水與下層貧氧水不斷交換，促進整個水體溶氧量的提升。