In un ecosistema acquaponico avvengono diversi processi naturali come la crescita dei pesci e delle piante, tuttavia i processi fondamentali su cui si basano i sistemi sono il ciclo dell'azoto, ovvero la scomposizione da parte dei batteri dell'ammoniaca in nitrati e poi in nitriti, e la fitodepurazione, assorbimento dei nutrienti da parte delle piante.
Nei sistemi acquaponici coesistono, quindi, diverse specie viventi in sinergia tra loro: pesci, piante e batteri (Figura 4).