微弧氧化是從普通陽極氧化發展而來的，它的基本原理是：突破了傳統的陽極氧化對電流、電壓的限制，把陽極電壓由幾十伏提高到幾百伏，當電壓達到某一臨界值時，擊穿閥金屬表面形成的氧化膜(絕緣膜)，產生微弧放電并形成放電通道，在放電通道內瞬間形成高溫高壓并伴隨復雜的物理化學過程，使金屬表面原位生長出性能優良的氧化膜。
在微弧氧化過程中，把工件放人電解槽中，通電后工件表面現象及膜層生長過程具有明顯的階段性。微弧氧化過程可分為4個階段。在微弧氧化初期，金屬光澤逐漸消失，材料表面有氣泡產生，在工件表面生成一層很薄且多孔的絕緣氧化膜(絕緣膜) ，絕緣膜的存在是形成微弧氧化的必要條件。此時電壓、電流遵循法拉第定律，此為第1階段——陽極氧化階段。隨著電壓的升高，氧化膜被擊穿，鈦合金的表面開始出現移動的密集明亮小火花，這個階段持續的時間很短，此為第2階段——火花放電階段。隨著電壓和膜層的增加，鈦合金表面的火花逐漸變大，移動速度相對減緩，膜層迅速生長，此為第3階段——微弧放電階段。隨著氧化時間延長，氧化膜達到一定厚度，膜層的擊穿變得越來越困難，開始出現少數更大的紅色斑點，這些斑點不再移動，而是停在某一固定位置連續放電，并伴有尖銳的爆鳴聲，此為第 4階段——弧放電階段。只是此階段對膜層的破壞較大，應當盡量避免。
在火花放電以前，鈦合金表面的氧化膜主要為二氧化鈦，從火花放電階段開始，電解液中的元素開始進入膜層當中并同基體元素反應生成新的化合物，從而改善了膜層的性能。在微弧放電階段，氧化膜的擊穿總是發生在膜層相對薄弱的部位，擊穿后，該部位形成了新的氧化膜，于是擊穿點又轉移到下一個相對薄弱的部位，因此，最終形成的氧化膜( 陶瓷膜) 是均勻的。由于微等離子體氧化膜的形成包含了物理、化學、電化學和等離子體化學等多方面的共同作用，其過程非常復雜，至今尚沒有一個合理的模型能全面地描述氧化膜的形成過程 。
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