生物膜上的生物相是丰富的，形成由细菌、真菌、藻类、原生动物、后生动物以及肉眼可见的其他生物所组成的比较稳定的生态系，其生态功能如下：

细菌、真茵：细菌是对有机污染物降解起主要作用的生物，在处理城市污水的生物滤池内，生长繁殖的细菌有假单抱菌属、芽抱杆菌属、产碱杆菌属和动胶菌属等种属。在生物滤池内还增殖球衣菌等丝状菌。丝状菌有很强的降解有机物的能力，在生物滤池内增殖丝状菌，并不产生任何不良影响。在生物滤池上、中、下各层构成生物膜的细菌，在数量上有差异，种属上也有不同，一般表层多为异养菌，而深层则多为自养菌。

在生物膜中出现真菌也是较为普遍的，其主要有镰刀霉菌属、地霉菌属和浆霉菌属等。真菌对某些人工合成的有机物（如腈等）有一定的降解能力。

微型生物：这是指栖息在生物膜表面上的原生动物和后生动物。处理城市污水的生物滤池，当其工作正常、降解功能良好时，占优势的原生动物多为钟虫、独缩虫、等枝虫及益虫等附着型纤毛虫。而在运行初期，则多出现豆形虫一类的游泳型原生动物。原生动物以细菌为食，也是废水净化的积极因素，现多作为废水净化状况的指示性生物；在生物滤池内经常出现的后生动物是线虫，据观察确证，线虫等能软化生物膜，促使生物膜脱落，从而能使生物膜经常保持活性和良好的净化功能。

滤池蝇：在生物滤池上还栖息着以滤池蝇为代表的昆虫。这是一种体形较一般家蝇小的苍蝇，它的产卵、幼虫、成蛹、成虫等过程全部都在滤池内进行。滤池蝇飞散在滤池局围，以微生物及生物膜中的有机物为食，对废水净化有良好的作用。观察证明，滤池蝇具有抑制生物膜过速增长的作用，能够使生物膜保持好氧状态。由于具有这样的功能，线虫、滤池蝇也称为生物膜增长控制生物。