膜生物反应器是由生物反应器与微滤、超滤、纳滤或反渗透膜系统组成，可分为微滤膜生物反应器、超滤膜生物反应器等。膜生物反应器按膜的组件在反应器的作用不同可分为分离膜生物反应器、无泡膜生物反应器、萃取膜生物反应器。
　　分离膜生物反应器是传统的一体式与分置式膜生物反应器，膜起着泥水分离的作用。
　　无泡膜生物反应器指的是生物反应器中曝气用透气性膜，目前有两种，透气性致密膜和蔬水性微孔膜。氧气透过膜与液相传质的机理不同，氧气透过致密膜时，在气相侧先吸附在高分子聚合物上，再向液相侧扩散，此时气压很高；氧气透过微孔膜时，在气压较低的情况下，氧气在膜表面形成气泡，由于表面张力的作用而吸附在膜表面，通过膜孔向液相扩散。氧气在传质中遇到固体膜的阻力和液膜的阻力，与传统的活性污泥法中的氧传质类似。试验结果表明，氧气通量一般由液膜控制。在膜曝气系统中，氧气停留在膜组件中，氧气的停留时间越长，分配到液相中的比例越大，传质效率越高。氧气的传质面积一定时，在传统曝气系统中影响气泡大小和停留时间的因素对其不产生影响，系统供氧更稳定。选择不同的膜表面积和气压，可以满足生物反应器所需要的各种需氧量。无泡供氧可适用于含挥发性有毒有机物或发泡剂的工业废水处理系统，膜曝气系统适用于曝气池活性污泥浓度很高、需氧量大的系统。如果曝气池可在有压工况下工作，曝气器的膜还可以扩散CO2。由于无泡膜生物反应器供氧时不产生气泡，氧气的传质率有时达100%。
　　萃取膜生物反应器是用膜将废水与活性污泥隔离开，废水在膜腔内流动，由于膜具有选择透过性，能萃取废水中的挥发性有机物。这些污染物在膜中扩散溶解，以气态形式离开膜表面后溶解在膜外的混合液中，最终作为专性细菌的底物而被分解成CO2、H2O等无机小分子物质，由于膜的疏水性，废水中的水及其他无机物不能通过膜向活性污泥扩散。
　　三类膜生物反应器中，膜分离生物反应器是应用最广泛的一种膜生物反应器类型。膜分离生物反应器按照膜组件的放置方式可分为分体式膜生物反应器和一体式膜生物反应器，按照是否需氧可分为好痒膜生物反应器和厌氧膜生物反应器。