Le système MBBR se compose d'un réservoir d'aération (similaire à un réservoir à boues activées) avec des supports en plastique spéciaux qui fournissent une surface où un biofilm peut se développer.

Les supports sont fabriqués dans un matériau dont la densité est proche de celle de l'eau (1 g/cm3). Le polyéthylène haute densité (PEHD), dont la densité est proche de 0,95 g/cm3, en est un exemple. Les supports sont mélangés dans le réservoir par le système d'aération, ce qui permet un bon contact entre le substrat présent dans les eaux usées entrantes et la biomasse sur les supports.

Pour empêcher les supports en plastique de s'échapper de l'aération, il est nécessaire d'installer un tamis à la sortie du réservoir.

Le système MBBR est considéré comme un procédé à biofilm. D'autres procédés conventionnels à biofilm pour le traitement des eaux usées sont appelés filtre percolateur, contacteur biologique rotatif (RBC) et filtre biologique aéré (BAF).

Les procédés à biofilm nécessitent en général moins d'espace que les systèmes à boues activées, car la biomasse est plus concentrée et l'efficacité du système dépend moins de la séparation finale des boues. Un inconvénient des autres procédés à biofilm est qu'ils sont sujets au colmatage biologique et à l'accumulation de pertes de charge.

Les systèmes MBBR ne nécessitent pas de recyclage des boues, contrairement aux systèmes à boues activées.

Le système MBBR est souvent installé en tant que modernisation de bassins à boues activées existants afin d'augmenter la capacité du système existant. Le degré de remplissage des supports peut être adapté à la situation spécifique et à la capacité souhaitée. Ainsi, une station d'épuration existante peut augmenter sa capacité sans augmenter son encombrement en construisant de nouveaux bassins.

Lors de la construction, le degré de remplissage peut être fixé, par exemple, à 40 % au début, puis augmenté à 70 % en ajoutant des supports supplémentaires. Cela peut être le cas, par exemple, en cas d'augmentation de la population dans une ville pour une station d'épuration municipale ou d'augmentation de la production d'eaux usées d'une usineindustrielle.