对于气体和水体系，通过气液相平衡，我们了解到，当水和气体接触时，会出现“溶解现象”，气体分子以分子形式“溶剂化”进入水中，如果气体是氧气，就是我们常说的溶解氧了。接下来，我们来了解一下溶解了气体的水中，如何形成气泡，对于了解微纳米气泡的我们，对于加压溶解减压释放肯定不陌生，这是最常见的微纳米气泡形成方式，但是，深入了解这个过程基础理论知识的可能并不多，而实际上这个理论体系也仍在持续优化改进中，这些不断进化的理论无一例外都是从经典成核理论（Classic Nucleation theory）出发的，NANOscientific的微纳米气泡源技术中，也用到了这一基础理论的一些结论。
我们需要从热力学角度和动力学角度来了解成核过程，首先，我们来了解一下热力学成核过程。我们把过程放在P，T不变的条件下，选择最熟悉的吉布斯自由能，在生成气泡前后的变化，我们把气体、水都认为是理想的，也就是说溶解气体和水不存在溶剂化，溶解过程无焓变和体积变化。最初，水中含有大量过饱和的气体分子，但仍然认为是气体分子，因此水和气体的吉布斯自由能即化学势仍可以按照理想溶液计算，见化学势部分。系统吉布斯自由能即为两者之和，将亨利常数以溶解度形式给出：
简化分析，气泡形成后系统自由能变为了四部分，水的自由能，剩余在水中饱和气体的自由能，形成的气液界面形成的表面能以及气泡内部气体的自由能，注意气泡收到拉普拉斯压力，内部压力高于外部压力，实际上水的自由能变化可以忽略：
又假设气泡内部满足理想气体状态方程（实际上不满足）：
p 是核胚内气体的压力
V 是核胚体积
r 是核胚半径
p0 是饱和蒸气压
成核过程的吉布斯自由能变化 ΔG 是成核后与成核前系统吉布斯自由能的差值
由于在平衡状态下，饱和蒸气压 p0 对应的化学势与标准态化学势关系是
而在过饱和溶液中，气体的化学势为：
则，这一表达式描述了成核过程中吉布斯自由能变化与核胚半径 r 的关系。
吉布斯自由能变化 ΔG 是核胚半径 r 的函数。当 r 较小时，ΔG 随 r 增大而增大；当 r 超过某一临界值后，ΔG 随 r 增大而减小。这一转折点对应的核半径称为临界核半径（r*），此时 ΔG 达到最大值，称为成核能垒（ΔG*）。求导得到，S为过饱和度。
最终到了一个和关注气泡的我们有关系的公式了，这个临界变径表明，小于这个半径，吉布斯自由能随气泡变径变小而变小，气泡收缩，大于这个半径，才能成核。对于一个给定了温度压力和气体、液体的系统，如氧气和水的系统，过饱和度直接影响气泡尺寸，当过饱和度超级大时，临界半径超级小。有些做气浮的客户曾经咨询，过饱和度高，是不是对气浮可以产生更好更多的微米气泡？如果偶然看到这个公式，恰恰认证了这个说法，这是不正确的，目前，我们提及的成核过程，只是成核过程的第一阶段，即过饱和度是否可以引发成核过程，而我们工程中需要的气泡是经历成核第二阶段，即气泡生长阶段后的亚稳定微米气泡，亚稳定微米气泡的尺寸、数量和第一阶段的成核自由能变化关系并不明显，尤其在工程上，过大的饱和度会消耗非常多的能量。
我们将得到了临界半径带回自由能方程，得到成核能垒：
我们再看看上述成核过程的动力学，还好，到这里之前我们已经在动力学部分了解了阿伦尼乌斯方程，具有活化能（能垒）过程的动力学方程写为
当气泡半径r>rc临界半径后，气泡在自由能的驱动下自发生长，“吸收”液体中的溶解态分子，体积膨胀，现在开始对外做体积功，同时伴随表面能变化，最终长大成为我们需要的微米级气泡。
这个过程的研究，一般都. 关键物理模型与假设液体为不可压缩、恒温体系（成核多发生在等温环境，如溶液恒温过饱和）；气泡内气体视为理想气体（低压下近似成立，高压下可修正为实际气体，但核心逻辑不变）；系统仅涉及体积功（忽略表面张力随体积的微小变化，聚焦膨胀做功）；过饱和气体的 “过饱和度” 用压力差描述：液体中气体的溶解平衡压力为p0（饱和压力），过饱和时实际分压为P>P0，气泡内气体压力为pb，液体环境压力为pl。恒温（T不变）下系统的自由能变化用吉布斯自由能\(\Delta G\) 描述，核心公式为
气泡生长过程的自由能变化可拆分为两部分：物质转移的化学势贡献（气体分子从液体进入气泡）和气泡膨胀的体积功贡献。 气泡生长时，“外压” 即液体对气泡的压力（液体不可压缩，pl近似恒定），因此
过饱和气体分子从液体进入气泡的动力是 “化学势差”：液体中气体分子的化学势μliquid，气泡内气体分子的化学势μ bubble。
合并后，
当r>rc后，气泡体积增大，第二项为负值，表示系统对外做膨胀功，导致总自由能变化中存在 “消耗能量的项”；但因为 Gchem的负向贡献（自由能降低）远大于膨胀做功的正向消耗，最终G< 0，气泡自发生长。
经典成核理论（CNT）基于一系列简化假设，这些假设在某些情况下可能不成立，导致理论预测与实验结果存在偏差。
主要局限性包括： 理想气体假设：经典成核理论假设核胚内气体为理想气体，忽略了分子间相互作用和 真实气体效应。在高压或低温条件下，这一假设可能导致显著误差。
表面张力恒定假设：理论假设表面张力 γ 是常数，不随核 胚半径变化。实际上，微小核胚的表面张力可能与宏观界面不同。
静态界面假设：理论假设核胚与周围溶液处于平衡状态，忽略了动态效应和质量传递过程。
单组分假设：经典理论通常处理单组分系统，而实际应用中多为多组分系统，组分间相互作用会影响成核过程。
连续介质假设：将核胚视为连续介质，忽略了分子离散性和统计涨落效应。
实际上，对于成核理论还有成核位点统计分布理论，但不很准确，我们就不去了解了。