生物膜法又称生物固定膜法。与活性污泥法相似，都是利用细菌氧化分解有机污染物达到水处理标准，根据供氧情况，生物膜法也有好氧法和厌氧法之分。生物膜法与活性污泥法的主要区别在于生物膜固定生长或附着生长于固体填料(或称载体)的表面，而活性污泥则以絮体方式悬浮生长于处理构筑物中。
由于大多数细菌可分泌胞外糖类多聚物，使之具有“生物胶水”的作用而黏附生长于载体填料，其附着生长于填料上的能力与下列因素有关。
与微生物的活性有关。一般细菌处于对数生长期时分泌黏液多，此时细菌易于固定或附着生长于填料表面。
与填料(载体)的电荷有关。易于在带有正电荷的填料如沸石、活性炭、陶料上附着生长。
与载体的比表面积、孔隙率有关。在载体填料的比表面面积大，孔隙率大的情况下细菌附着的量可增大，一般填料的孔径为微生物长度的4~5倍时最佳，选择填料时就按其孔隙率和比表面积等指标来选。
生物膜随着时间的增长，微生物数量不断增加，生物膜逐渐加厚，膜外介质中的C、N、P等营养物质可被生物膜所吸附，并进一步被氧化分解，最后变成H2O、CO2等无机物并返回膜外介质中，随出水外排。介质(水、气)中的O2可渗入生物膜中，供作氧化分解有机污染物之用。随着生物膜的增厚，渗入的O2被膜外层的微生物消耗殆尽，造成靠近填料处出现厌氧层，并随时间不断加厚，最后整个生物膜可在下述作用下脱落：
微生物本身的衰老、死亡、微生物的内源呼吸代谢活动;底层生物膜的厌氧代谢，产生CO2、H2S、CH4、NH3等气体，使生物膜的黏附力减小;不断增厚的生物膜的本身的重量;曝气或水力冲刷剪切作用下，使膜成片脱落，但这种脱落仅是在局部填料上发生，并且裸露的填料上会出现新的生物膜迅速生长，在整体构筑物内填料上就形成了不断地脱落和成长，维持了水处理达标排放。
属于生物膜法的有生物滤池、生物转盘、生物接触氧化法、生物流化床和曝气生物滤池等工艺。
