廢水與活性污泥被膜隔開來，廢水在膜內流動，而含某種專性細菌的活性污泥在膜外流動，廢水與微生物不直接接觸，有機污染物可以通過選擇性透過膜被另一側的微生物降解。由于萃取膜兩側的生物反應器單元和廢水循環(huán)單元是各自獨立，各單元水流相互影響不大，生物反應器中營養(yǎng)物質和微生物生存條件不受廢水水質的影響，使水處理效果穩(wěn)定。系統(tǒng)的運行條件如HRT和SRT可分別控制在尤優(yōu)的范圍，維持尤大的污染物降解速率。

工藝用膜：膜可以由很多種材料制備，可以是液相、固相甚至是氣相的。使用的分離膜絕大多數(shù)是固相膜。根據(jù)孔徑不同可分為：微濾膜、超濾膜、納濾膜和反滲透膜；根據(jù)材料不同，可分為無機膜和有機膜，無機膜主要是微濾級別膜。膜可以是均質或非均質的，可以是荷電的或電中性的。廣泛用于廢水處理的膜主要是由有機高分子材料制備的固相非對稱膜。

1997年，英國Wessex公司在英國Porlock建立了當時世界上至大的MBR系統(tǒng)，日處理量達2000m^3，1999年又在Dorset的Swanage建成了13000m^3/d的MBR工廠。1998年5月，清華大學進行的一體式膜--生物反應器中試系統(tǒng)通過了國家鑒定。2000年初，清華大學在北京市海淀鄉(xiāng)醫(yī)院建起了一套實用的MBR系統(tǒng)，用以處理醫(yī)院廢水，該工程于2000年6月建成并投入使用，運轉正常。2000 年 9 月，天津大學楊造燕教l授及其領導的科研小組在天津新技術產業(yè)園區(qū)普辰大廈建成了一個MBR示范工程，該系統(tǒng)日處理污水25t，處理后的污水全部用于衛(wèi)生間的沖洗及綠地澆灑，占地面積為10平方米，處理每噸污水的能耗為0.7kW·h。