19世纪末在研究土壤净化污水的基础上创造和发展起来的，主要用于去除污水中溶解性和胶体状的有机污染物，具有生成污泥量少、耐受水质、水量冲击负荷等特点。

生物膜法的机理（见图）是：当污水流经填料表面时，污水中的有机物被吸附在生物膜上。在生物膜的外层，有机物被好氧微生物所降解，与此同时，微生物不断地生长，生物膜随之加厚。溶解氧在逐渐地渗入生物膜全部厚度之前已全部耗竭，于是，在接近填料表面的生物膜内层是处于厌氧的环境条件。当生物膜很厚时，被吸收的有机物在到达生物膜内时已完全被代谢，不存在外源有机的细胞碳源，因而微生物处于内源生长阶段，从而失去附着在填料表面的能力，生物膜就会脱落。但随着继续进行污水处理，新的生物膜又在填料上不断地重新生长。

生物膜机理示意图

生物膜上的生物群落包括好氧、厌氧和兼性细菌，真菌，藻类和原生动物；也有较高等的动物，如蠕虫、昆虫幼虫和蜗牛等。兼性细菌在生物膜上的功能与好氧菌相同，能分解污水中的有机物质，其中常见的有无色杆菌属、黄杆菌属、假单胞菌属和产检杆菌属。在生物膜内，发生不利的生存条件时（如pH值降低），球衣菌和贝衣硫菌就会出现，内层则有亚硝酸菌属。真菌有稳定污水的作用，当它们生长过速时，系统即被堵塞，通风受到限制。藻类仅存在于阳光照射的上层，通常与有机物的降解无关，但藻类易导致系统堵塞。系统中主要的原生动物是纤毛虫纲，包括钟虫属、盖虫属和累枝虫属等。它们虽然对污水的稳定不起作用，但同较高等动物一样，起着控制细菌繁殖的作用。在整个系统中，生物群落的种类和数量均有变化，这与有机物负荷、水力负荷、污水中的养料（C、N、P等）、pH值、温度及供氧等生存条件有关。

生物膜法处理的污水构筑物有生物滤池、生物转盘和生物接触氧化池等。生物滤池是由碎石或塑料制品填料构成的生物处理构筑物，污水与填料表面上生长的微生物膜间隙接触，使污水得到净化。生物转盘是由水槽和部分浸没于污水中的旋转盘体组成的生物处理构筑物。盘体表面上生长的微生物膜反复地接触槽中污水和空气中的氧，使污水获得净化。生物接触氧化池法是在曝气池中设置填料，将其作为生物膜的载体。待处理的废水经充氧后以一定的流速流经填料，与生物膜接触，生物膜与悬浮的活性污泥共同作用，达到净化废水的作用。

随着生物膜法的研究和发展，移动床生物膜反应器（MBBR工艺）和生物流化床复合反应器等生物膜技术吸收了传统流化床和生物接触氧化法两种工艺的优点，表现出较好的脱氮除磷效果。