Wie bereist aufgezeigt, wird beim Diffusionsfilter das Aquariumwasser an dem Filtermaterial vorbeigeführt, also nicht hindurchgezogen, wie es bei herkömmlichen Filtern der Fall ist.
Wie kann trotzdem eine Filterwirkung eintreten? Um diese Frage zu beantworten, muss man einen Ausflug in die Physik unternehmen. Das physikalische Prinzip der Diffusion setzt ein Konzentrationsgefälle von im Wasser gelösten Stoffen voraus. Das bedeutet also, dass Salze oder organische Moleküle im Wasser nicht überall in gleicher Konzentration vorliegen dürfen. Erst dann greift die Diffusion. Antrieb hierfür ist die Eigenbewegung der Moleküle, die sich aus der Temperatur ergibt. Dabei schwingen diese Moleküle und es kommt zu dieser Eigenbewegung.
Durch die Fütterung der Fische werden nun eine Vielzahl unterschiedlicher Stoffe ins Wasser eingebracht. Der weitaus meiste Teil des Futters wird von den Fischen aufgenommen und verwertet. Dabei entstehen durch den Stoffwechsel neue Stoffe, die vom Fisch ausgeschieden werden. Zu nennen ist Ammoniak, der über die Kiemen ausgeschieden wird und im Wasser entsprechend dem pH-Wert zu Ammonium umgewandelt wird und bei höheren pH-Werten teilweise in der Ammoniak-Form verbleibt. Weiterhin werden organische Stoffe, wie z.B. Eiweiße oder Kohlenhydraten eine große Menge an Spurenelementen, wie Eisen, Mangan, Calzium, Magnesium, Kupfer usw., die, soweit sie von den Fischen nicht selbst verwertet werden, ebenfalls über den Kot ausgeschieden werden.
So entsteht also im Wasser ein Konzentrationsgefälle an diesen Stoffen. Im Wasser selbst wird es durch die Wasserbewegung sehr schnell ausgeglichen. Einige der so verfügbaren Stoffe, wie z.B. Ammonium, können von den Pflanzen direkt verwertet werden. Organische Stoffe, entweder aus den Ausscheidungen oder von Futterresten, werden von Mikroorganismen im Becken weiterverwertet, wobei erneut neue Stoffwechselstoffe entstehen.
Da sowohl im Bodengrund als auch im Diffusionsfilter keine direkte Wasserbewegung vorhanden ist, diffundieren diese Stoffe hinein, weil ein Konzentrationsgefälle vorliegt. In der Natur erfolgt die gesamte Filterleistung durch den Untergrund. Hier liegt eine relativ geringe Fischdichte vor, weshalb dieser Prozess alleine ausreicht, um die Wasserqualität hoch zu halten. Im Aquarium liegt demgegenüber eine erheblich höhere Fischdichte vor, die für eine deutlich höhere Wasserbelastung sorgt. In den meisten Fällen reicht daher der Bodengrund als alleiniger "Filter" nicht aus, wobei eine sehr starke und vor allem schnellwüchsige Bepflanzung für einen Ausgleich sorgen könnte (siehe Projekt "filterloses Aquarium"). Der Diffusionsfilter soll also bei gleichem Wirkprinzip für eine Entlastung des Bodengrundes sorgen.
Wie bereits erwähnt, werden durch das entstehende Konzentrationsgefälle der Stoffwechselprodukte im Bodengrund und Diffusionsfilter, diese hineindiffundieren, wobei ein Ausgleich erfolgt. Durch die enorme Besiedlungsfläche im Bodengrund und im Filtermaterial siedeln sich darin sehr viele unterschiedliche Organismen an. Im Bodengrund sind dies jedoch teilweise andere Besiedler, weil die Dichte des Materials die Besiedlung bestimmt. Hier treten vornehmlich verschiedene Bakterien auf. Die Fressfeine im Aquarium verringern zudem weitestgehend eine dichte Besiedlung mit anderen Organismen. Im Weiteren soll daher nur noch der Diffusionsfilter separat betrachtet werden.
Durch die relative Offenporigkeit siedeln sich neben Bakterien auch noch Amöben, Rädertierchen, Würmer, Kleinkrebse. evtl. Schwämme und Hydroidpolypen usw. an, die eine wichtige Rolle bei dem Stoffumsatz spielen. So entsteht ein abgeschlossenes Ökosystem, in dem sich eine eigene Nahrungskette einstellt. Durch die gleichzeitig entstehende Speicherwirkung von Materie durch die Mikrofauna selbst, entsteht ein sehr stabiles Milieu, was sich vor allem dadurch auszeichnet, dass das Aquarium weniger mit Belastungsspitzen konfrontiert wird, die bei herkömmlichen Systemen leicht entstehen können.
Innerhalb dieses Ökosystems werden nun die Stoffe, die hineindiffundiert sind, von der Vielfalt der Mikrofauna verwertet und mineralisiert. Dabei entstehen wieder neue Stoffe, die ein erneutes Konzentrationsgefälle zu dem umgebenden Wasser erzeugen. Es findet also ein erneuter Stoffaustausch statt. Dieser erfolgt nun aus den genannten Gründen stetig in beide Richtungen, weil sowohl die verarbeiteten Stoffe als auch die neu entstandenen Endprodukte ein Konzentrationsgefälle verursachen.
Der Filterprozess fndet langsamer statt, als in zwangsdurchströmten Filtern. Dabei werden die wichtigen Pflanzennährstoffe länger in einer leicht verwertbaren Form gehalten. Es entsteht ein gesünderes und somit kräftigeres Pflanzenwachstum.
Der Diffusionsfilter besitzt wegen der Vielzahl seiner enthaltenen Organismen eine weitere wichtige Verbesserung für das Gesamtsystem. Diese liegt in der Reduzierung frei im Wasser befindlicher Krankheitserreger, die zu einem großen Teil gefressen werden. Ebenso entstehen Stoffe, die sowohl eine natürliche Chelatwirkung für Spurenelemene besitzen als auch einen Schleimhautschutz für die Fische bewirken.
Der Diffusionsfilter entzieht dem Wasser auf Grund seiner natürlichen Wirkungsweise nicht die Stoffe, die für reduktive Prozesse im Bodengrund wichtig sind in dem Maß, wie es zwangsdurchströmte Filter tun. Daher sind auch Aquarien mit sehr weichem Wasser und sehr niedriger KH wesentlich stabiler im Betrieb und neigen erheblich weniger zum Säuresturz. Die reduktiven Prozesse im Bodengrund sind vorwiegend alkalisch ablaufende Prozesse, wodutrch die erwähnte Stabilität des pH-Wertes erreicht wird.
Vorsicht bei Düngergaben ins Aquarium. Der Diffusionsfilter "verbraucht" deutlich weniger Spurenelemenete als andere Filter, weshalb vor einer Zugabe der Eisengehalt des Wassers gemessen werden sollte. Der Eisengehalt sollte bei etwa 0,1 mg/l liegen.
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