膜生物反应器是膜分离技术与生物处理技术有机结合的新型废水处理系统。以膜组件取代传统生物处理技术末端二沉池，在生物反应器中保持高活性污泥浓度，提高生物处理有机负荷，从而减少污水处理设施占地面积，并通过保持低污泥负荷减少剩余污泥量。主要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活性污泥（MLSS）浓度可提升至8000～10000毫克/升，甚至更高；污泥龄可延长至30天以上。
膜生物反应器因其有效的截留作用，可保留世代周期较长的微生物，可实现对污水深度净化，同时硝化菌在系统内能充分繁殖，其硝化效果明显，为深度除磷脱氮提供可能。
与传统的生化水处理技术相比，膜生物反应器具有处理效率高、出水水质好，设备紧凑、占地面积小，易实现自动控制、运行管理简单等优点。
该技术在畜禽养殖业污水处理中还处于中试阶段。