生物膜法和活性污泥法一样，都是利用微生物来去除污水中有机物的方法。但在活性污泥法中，微生物处于悬浮生长状态，所以活性污泥法处理系统又称悬浮生长系统，而生物膜法中的微生物则呈附着生长状态，所以生物膜法处理系统又称附着生长系统。为生物膜提供附着生长固定表面的材料称为填料（或载体），它是影响生物膜法发展和性能的重要因素。
从需氧上分，生物膜法分为厌氧生物膜法和好氧生物膜法两种。从生物膜与污水的接触方式分，生物膜法分为3种形式：即：①润湿型，生物滤池、生物转盘、生物滤塔；②浸没型，如接触氧化，滤料浸没在滤池中；③流动床型，生物活性炭、砂粒介质悬浮流动于池内。　　生物膜法因具有耐冲击负荷能力强，不易产生污泥膨胀、污泥产生量小，处理效果稳定、操作管理较简单等特点，在工业污水的处理中得到广泛应用。
　　生物膜是由细菌（好氧、厌氧、兼性）、真菌、藻类、原生动物和后生动物等组成。生物膜呈蓬松的絮状结构，微孔多，表面积大，具有很强的吸附能力。生物膜微生物以吸附和沉积于膜上的有机物为营养物质，将一部分物质转化为细胞物质，进行生长繁殖，成为生物膜中新的活性物质；另一部分物质转化为排泄物，在转化过程中放出能量，供应微生物生长的需要。增殖的生物膜脱落后进入污水，在二次沉淀池中被截留下来成为污泥。生物膜的构造及生物膜净化污水的机理如图所示。由于生物膜的吸附作用，在其表面有一层很薄的水层，称之为附着水层。这层水中的有机物大多已被生物膜所氧化，其有机物浓度比进水低得多。因此，当进入池内的污水沿膜面流动时，由于浓度差的作用，有机物会从污水中转移到附着水层中去，并进一步被生物膜所吸附。同时，空气中的氧也将经过污水而进入生物膜。膜上的微生物在氧的参与下对有机物进行分解和机体新陈代谢，产生的二氧化碳和其他的代谢产物则沿着与底物扩散相反的方向从生物膜经过附着水层排到流动水层和空气中去。如此循环往复，污水中的有机物不断减少，从而污水得到净化。
　　随着污水处理过程的发展，微生物不断繁殖增长，使生物膜的厚度不断增加，导致污水中底物及氧的传递阻力逐渐加大，在膜表层仍能保持足够的营养以及处于好氧状态，而在膜深处将会出现营养物或氧的不足，造成微生物内源代谢或出现厌氧层，此处的生物膜吸附于载体的能力较弱，生物膜呈老化现象，在外部水流的冲刷下易脱落。老化的生物膜脱落后，载体表面又可重新吸附、生长、增厚生物膜直至重新脱落。从吸附到脱落，完成一个生长周期。在正常运行情况下，整个反应器中各个部分的生物膜总是交替脱落的，系统内活性生物膜数量相对稳定，净化效果良好。过厚的生物膜并不能增大底物利用速度，却可能造成堵塞，影响正常通风。因此，当污水浓度较大时，生物膜增长过快，水流的冲刷力也应加大，如依靠原污水不能保证其冲刷能力时，则可以采用处理水回流，以稀释进水和加大水力负荷，从而维持良好的生物膜活性和合适的膜厚度。