19世纪20～30年代，建造了较多的生物滤池。在40～60年代，其容积负荷和生物需氧量去除率比活性污泥法都低，环境卫生条件也较差，处理构筑物有可能堵塞等缺点，有逐渐被活性污泥法替代的趋势。但到了60年代，由于新型合成材料的大量生产和环境保护对水质要求的进一步提高，生物膜法又获得了新的发展。

在生物膜反应器中，污染物、溶解氧及各种必需营养物首先要经过液相扩散到生物膜表面，进而到生物膜内部；只有扩散到生物膜表面或内部的污染物才能被生物膜微生物分解和转化，最终形成各种代谢产物（如二氧化碳、水等）。生物膜法主要分为好氧生物膜法和厌氧生物膜法：①好氧生物膜法，主要构筑物有生物转盘、生物滤池（普通生物滤池、高负荷生物滤池、塔式生物滤池）、生物接触氧化池和生物流化床等，多用于中低浓度甲醇废水的处理，其抗冲击负荷能力相对较弱，运行不当，易导致污泥膨胀。②厌氧生物膜法，主要构筑物有厌氧生物滤池、厌氧流化床和厌氧生物转盘等，对高浓度甲醇废水有很好的降解能力。该处理工艺系统运行稳定、可靠，具有操纵简单、出水水质稳定、投资省、运行用度低等优点。

生物膜是固定生长的，具有形成稳定生态的条件，能够栖息增殖速度慢、世代时间长的细菌和较高级的微型生物，如硝化菌，它的繁殖速度要比一般的假单胞菌慢40～50倍，故用生物膜法可获得较高的脱氮能力。在生物膜上出现的生物，在种属上要比在活性污泥中丰富，除细菌、原生动物外，还能出现在活性污泥中比较少见的真菌、藻类、后生动物以及大型的无脊椎生物等。生物膜含水率低，单位体积内的生物量有时是活性污泥的5～20倍，因此对构筑物的处理能力强。随着时间延长（约30天），生物膜沿水流方向分布及微生物组成的生态系统及其对有机物降解功能达到平衡和稳定的状态，生物膜成熟，形成有机物、细菌、原生动物、后生动物的复合生态系统。