曝气生物滤池利用填料上生物膜的强氧化降解能力对污水进行快速净化。当污水流经填料表面时，由于填料的粒径一般都较小以及生物膜的生物絮凝作用，污水中大量的固体悬浮物被截留，且脱落的生物膜不会流失。下图为生物膜净化污水的基本过程。

当污水中含有足够的有机营养物、溶解氧以及各种所必须的微量元素时，它们经过液相扩散到达生物膜的表面，污染物被生物膜微生物分解和转化，新微生物大量繁殖将以前生成的生物膜覆盖，使得生物膜厚度逐渐增加，而当生物膜增加到一定的厚度，溶解氧和有机营养物向生物膜内部纵深的扩散、渗透所受到的阻力就会明显增加，位于深部的生物膜由于得不到充足的氧和有机营养物使生物膜呈现出分层状态。生物膜的最外层是厚度一般为1一2mm的好氧生物膜层，有机污染物的降解主要在好氧层内进行。在靠近填料的内层，由于得不到充足的氧而出现了厌氧区。