膜生物反應器主要由膜分離組件和生物反應器組成。通常所說的膜生物反應器實際上是三類反應器的統稱:
①曝氣膜生物反應器(AMBR)；
②萃取膜生物反應器(EMBR)；
③固/液分離膜生物反應器(SLS MBR)。
固液分離膜生物反應器是水處理領域研究最廣泛的膜生物反應器。它是用膜分離工藝代替傳統活性汙泥法中的二沈池的水處理技術。
在傳統的廢水生物處理技術中，汙泥和水的分離是在二沈池中靠重力完成的，其分離效率取決於活性汙泥的沈降性能。沈澱越好，泥水分離效率越高。但是汙泥的沈降依賴於曝氣池的運行，必須嚴格控制曝氣池的運行條件來提高汙泥的沈降，這就限制了這種方法的應用範圍。由於二沈池固液分離的要求，曝氣池中的汙泥無法維持較高的濃度，壹般在1.5~3.5g/L左右，從而限制了生化反應速率。水力停留時間(HRT)和汙泥齡(SRT)相互依賴，增加容積負荷和減少汙泥負荷往往是矛盾的。系統運行過程中還會產生大量剩余汙泥，其處置費用占汙水處理廠運行費用的25% ~ 40%。傳統的活性汙泥處理系統也容易發生汙泥膨脹，出水含有懸浮物，惡化了出水水質。
針對上述問題，MBR將分離工程中的膜分離技術與傳統的廢水生物處理技術有機結合，大大提高了固液分離效率；而且由於曝氣池中活性汙泥濃度的增加和汙泥中特殊細菌(尤其是優勢菌群)的出現，提高了生化反應速率；同時，通過降低F/M比，減少剩余汙泥產量(甚至為0)，從而基本解決了傳統活性汙泥法存在的諸多突出問題。