生物处理在污水处理模块工艺上应用的最广泛最实用的技术有二大类：一类叫做活性污泥法，另一类叫做生物膜法。

活性污泥法是以悬浮状生物群体的生化代谢作用进行好氧的废水处理形式。微生物在生长繁殖过程中可以形成表面积较大的菌胶团，它可以大量絮凝和吸附废水的悬浮的胶体状或溶解的污染物，并将这些物质吸收入细胞体内，在氧的参与下，将这些物质完全氧化放出能量、CO2和H2O。活性污泥法的污泥浓度一般在4g/L。

而在生物膜法中，微生物附着在填料的表面，形成胶质相连的生物膜。生物膜一般呈蓬松的絮状结构，微孔较多，表面积很大，具有很强的吸附作用，有利于微生物进一步对这些被吸附的有机物分解和利用。在处理过程中，水的流动和空气的搅动使生物膜表面和水不断接触，废水中的有机污染物和溶解氧为生物膜所吸附，生物膜上的微生物不断分解这些有机物质，在氧化分解有机物质的同时，生物膜本身也不断新陈代谢，衰老的生物膜脱落下来被处理出水从生物处理设施中带出并在沉淀池中与水分离。生物膜法的污泥浓度一般在6-8g/L。

为了提高污泥浓度，进而提高处理效率，可以将活性污泥法与生物膜法结合起来，即在活性污泥池中添加填料，这种既有挂膜的微生物又有悬浮微生物的生物反应器称为复合式生物反应器，它具有很高的污泥浓度，一般在14g/L左右。