生物濾池凈水原理是濾池內濾料上生長的生物膜中微生物氧化分解作用，濾料及生物膜的吸附截留作用和沿水流方向形成的食物鏈分級捕食作用以及生物膜內部微環境和厭氧段的反硝化作用。

污水流經濾料時，濾料表面附著生長高活性的生物膜，濾池內部曝氣。待生物膜成熟后，污水中的有機污染物被生物膜中的微生物吸附、降解，從而得到凈化。生物膜表層生長的是好氧和兼性微生物，有機污染物經微生物好氧代謝而降解，終點產物是H2O、CO2、NO3-等。由于氧在生物膜表層已耗盡，生物膜內層的微生物處于厭氧狀態，進行的是有機物的厭氧代謝，終點產物為有機酸、乙醇、醛和H2S、N2等。濾料自身對污水中的懸浮物具有截留和吸附作用，另外經培菌后濾料上生長有大量微生物，微生物的新陳代謝作用產生的黏性物質如多糖類、酯類等起到吸附架橋作用，與懸浮顆粒及膠體粒子粘結在一起，形成細小絮體，通過接觸絮凝作用而被去除。

由于微生物的不斷繁殖，生物膜逐漸增厚，超過一定厚度后，吸附的有機物在傳遞到生物膜內層的微生物以前，已被代謝掉。此時，內層微生物因得不到充分的營養而進人內源代謝，失去其粘附在濾料上的性能，脫落下來隨水流出濾池，濾料表面再重新長出新的生物膜。