生物處理在廢水處理工程上應用得最廣泛最實用的技術有二大類：一類叫做活性污泥法，另一類叫做生物膜法。活性污泥法是以懸浮狀生物群體的生化代謝作用進行好氧的廢水處理形式。

微生物在生長繁殖過程中可以形成表面積較大的菌膠團，它可以大量絮凝和吸附廢水的懸浮的膠體狀或溶解的污染物，并將這些物質吸收入細胞體內，在氧的參與下，將這些物質完全氧化放出能量、CO2和H2O。活性污泥法的污泥濃度一般在4g/L。而在生物膜法中，微生物附著在填料的表面，形成膠質相連的生物膜。生物膜一般呈蓬松的絮狀結構，微孔較多，表面積很大，具有很強的吸附作用，有利于微生物進一步對這些被吸附的有機物分解和利用。

在處理過程中，水的流動和空氣的攪動使生物膜表面和水不斷接觸，廢水中的有機污染物和溶解氧為生物膜所吸附，生物膜上的微生物不斷分解這些有機物質，在氧化分解有機物質的同時，生物膜本身也不斷新陳代謝，衰老的生物膜脫落下來被處理出水從生物處理設施中帶出并在沉淀池中與水分離。生物膜法的污泥濃度一般在6-8g/L。

為了提高污泥濃度，進而提高處理效率，可以將活性污泥法與生物膜法結合起來，即在活性污泥池中添加填料，這種既有掛膜的微生物又有懸浮微生物的生物反應器稱為復合式生物反應器，它具有很高的污泥濃度，一般在14g/L左右。