Biologické zpracování mimo jiné z odpadní vody odstraní také koloidní a rozpuštěné látky. Činné bakterie oxidačními procesy přemění nežádoucí organické látky na oxid uhličitý a nabalí na sebe přítomnou organickou hmotu tak, že ji pak lze již snadno zachytit a odstranit. Za určitých okolních podmínek a při zvolení správné bakteriální mikroflóry lze pak tímto způsobem z odpadní vody odstranit i nežádoucí nutrienty, jako je dusík a fosfor.

Mimořádně účinným zařízením pro biologické ošetření odpadních vod je membránový bio–reaktor (MBR). Velké čistící a usazovací nádrže nutné pro konvenční aktivační čistící proces tak mohou být nahrazeny membránovými filtry. Tímto způsobem může být koncentrace biomasy v aktivačních nádržích zvýšena ze stupně tři na stupeň čtyři a k odstranění stejného množství hmoty je pak třeba nádrž o výrazně menším objemu. Permeát po průchodu membránami je zbaven téměř všech pevných látek. Ultra-jemné membrány jsou schopny dokonce zachytit prakticky všechny bakterie a výsledkem pak je desinfikovaná voda zbavená patogenních látek.

Membránové bio-reaktory jsou přednostně používány v aplikacích s malými prostorovými dispozicemi, kde je žádoucí co nejmenší vliv zařízení na svoje okolí, nebo tam, kde má mít výsledný produkt špičkové nároky na svou kvalitu, tj. například s recipientem v chráněné přírodní oblasti, nebo z následným využitím přečištěné vody pro zavlažování.