Les systèmes de production utilisent des technologies avancées. En utilisant des systèmes informatisés, les paramètres physiques (température, lumière) et chimiques (pH, richesse en nutriments) sont contrôlés et gérés en permanence.

Les plantes sont cultivées sur divers systèmes, mais le principe général est que :

• l’eau circule en circuit fermé ;
• que les plantes sont cultivées sur un substrat neutre (laine de roche, billes d’argile expansé, graviers de roche volcanique, etc.) qui n’apportent aucun élément nutritif mais où les plantes peuvent développer leurs racines

Le système repose sur un parcours de l’eau en circuit fermé que l’on peut décomposer en trois étapes :

• les poissons sont nourris par des aliments adaptés. Leurs déjections sont riches en éléments minéraux (azote, phosphore, potassium, etc.) et en matière organique. Dans un compartiment riche en différents types de bactéries, elles sont dégradées en libérant ammoniaque, ammonium, nitrate (voir l’entrée « cycle de l’azote ») ;
• l’eau, riche en éléments minéraux, est conduite vers le substrat (inerte) sur lequel les racines des plantes se développent.
• les plantes ayant assimilé les éléments minéraux nécessaires à leur développement, la charge minérale de l’eau, est diminuée et peut alors être récupérée pour alimenter le bassin d’élevage des poissons.

Ce procédé est de l’ordre du recyclage. L’aquaponie permet donc d’économiser des quantités importantes d’eau par rapport à une culture en pleine terre.

En outre, comme pour l’hydroponie, les pertes d’eau par évaporation sont très limitées.

Toutes les espèces ne se prêtent pas à ce type de culture ou d’élevage.

En aquaponie, les élevages concernent essentiellement des poissons d’eau douce (truite, carpe), mais aussi des crustacés (crevette).

En hydroponie, les cultures maraîchères concernent essentiellement les salades, épinards, bettes, poireaux, cresson d’eau, laitue, épinards, tomates, concombres, poivrons. Pour les plantes aromatiques comme le basilic, la ciboulette, le persil, la menthe, la coriandre.

Par rapport à un système de culture en pleine terre, l’aquaponie qui se fait en systèmes clos, très protégés, exclue pratiquement les traitements phytosanitaires (les animaux élevés ne les supporteraient pas). C’est le cas pour l’utilisation :

• d’insecticides ;
• de fongicides ;
• de désherbant (herbicide), etc.

Ce genre de production est destiné à une consommation locale, limitant ainsi les émissions de dioxyde de carbone (CO₂) liées aux transports. Les installations pour l’aquaponie et l’hydroponie utilisant peu d’espace et de ressources sont des pratiques qui favorisent l’essor de l’agriculture urbaine (voir cette entrée).

Ce type d’agriculture permet de produire tout au long de l’année, mais les quantités produites sont trop faibles et ce type d’agriculture ne peut être que complémentaire de l’agriculture en pleine terre.

Les faiblesses de ces deux techniques sont :

• les coûts énergétiques : lumière, fonctionnement des pompes, climatisation, informatique, etc.
• absence d’une labellisation “culture biologique”, la culture ne se faisant pas en pleine terre. L’absence de label freine également le développement technique.

L’aquaponie n’est aujourd’hui économiquement rentable qu’avec des espèces à haute valeur ajoutée, et cultivées à grande échelle.

Cette technique était déjà utilisée il y a des millénaires en Asie et en Amérique latine. On peut donner l’exemple de la rizi-pisciculture chinoise, pratique dans laquelle des poissons sont élevés dans les rizières quand elles sont inondées.