其實說膜生物反應器工作原理可能會更準確壹些，這是壹種由膜過濾取代傳統生物處理中二沈池和砂濾池的生物處理技術。它是由膜分離技術與微生物學、生物化學等相結合進行廢水處理的新工藝，主要由膜組件、生物反應器和物料輸送三部分組成。在傳統汙水生物處理中，泥水分離是在二沈池中依靠重力作用完成的，分離效率依賴於活性汙泥的沈降性能，而汙泥沈降性能又取決於曝氣池的運行狀況，改善汙泥沈降性能必須嚴格控制曝氣池的操作條件。所以，為滿足二沈池固液分離的要求，曝氣池的汙泥不能維持很高濃度，壹般在2G/L左右，從而限制了生化反應速率和處理負荷。膜生物反應器綜合了膜分離技術和生物處理技術的優點，以超、微濾膜組件作為泥水分離單元，不僅可以完全去除懸浮固體以改善出水水質，而且可以通過膜分離的作用，將二沈池無法截留的遊離細菌和大分子有機物完全陰隔在生物池內。尤其是那些增殖速度慢的細菌，由於膜的截留任用而在曝氣池中得到富集，大大提高了反應器內的生物濃度，從而提高有機物和氮、磷的去除率。
常見的MBR膜組器在二沈池中的布置