On examine l'état actuel des connaissances fondamentales sur la récupérataion des bitumes des sables bitumineux d'Athabasca basée sur les méthodes d'extraction à base d'eau. Au lieu d'étudier l'extraction des bitumes comme une boite noire, le procédé d'extraction des bitumes est analysé selon des étapes distinctes : réduction de taille globale du sable bitumineux, libération des bitumes, aération, flottation et interactions entre les différentes composants d'une boue de sable bitumineux. Grâce à la mise au point et à l'adoption d'instrumentations analytiques avancées, on a amélioré notre compréhension de l'extraction des bitumes à chaque étape individuelle de l'échelle macroscopique jusqu'au niveau moléculaire. La façon d'améliorer la récupération des bitumes ainsi que la qualité des mousses de bitumes dans le cas de faible taux de récupération des minerais constitue encore un défi pour l'avenir dans le traitement des sables bitumineux.