MBR膜生物反应器为膜分离技术与生物处理技术有机的结合之新型态废水处理系统。以膜组件取代传统的生物处理技术末端二沉池，在生物反应器中保持着高活性污泥浓度，提高着生物处理有机负荷，从而减少着污水处理设施占地面积，并通过保持着低污泥负荷减少剩余污泥量。主要的是利用沉浸于好氧生物池内之膜分离设备截留槽内的活性污泥与大分子有机物。膜生物反应器系统内的活性污泥（MLSS）浓度可以提升至8000~10,000mg/L，甚至是更高；污泥龄(SRT)可以延长至30天以上。

膜生物反应器因其有效截留作用，可以保留世代周期较长的微生物，可实现对于污水深度净化，同时硝化菌在系统内能够充分繁殖，其硝化效果明显，对深度除磷脱氮提供可能。对污染物的去除率高，抗污泥膨胀能力强，出水水质稳定可靠，出水中没有悬浮物;膜生物反应器实现了反应器污泥龄STR和水力停留时间HRT的分别控制，因而其设计和操作大大简化;膜的机械截留作用避免了微生物的流失，生物反应器内可保持高的污泥浓度，从而能提高体积负荷，降低污泥负荷，具有极强的抗冲击能力;由于SRT很长，生物反应器又起到了“污泥硝化池”的作用，从而显著减少污泥产量，剩余污泥产量低，污泥处理费用低;由于膜的截流作用使SRT延长，营造了有利于增殖缓慢的微生物。如硝化细菌生长的环境，可以提高系统的硝化能力，同时有利于提高难降解大分子有机物的处理效率和促使其彻底的分解。

MBR膜曝气池的活性污泥不会随出水流失，在运行过程中，活性污泥会因进入有机物浓度的变化而变化，并达到一种动态平衡，这使系统出水稳定并有耐冲击负荷的特点;较大的水力循环导致了污水的均匀混合，因而使活性污泥有很好的分散性，大大提高活性污泥的比表面积。MBR系统中活性污泥的高度分散是提高水处理的效果的又一个原因。这是普通生化法水处理技术形成较大的菌胶团所难以相比的;膜生物反应器易于一体化，易于实现自动控制，操作管理方便;MBR工艺省略了二沉池，减少占地面积。