生物膜法主要用于去除水中的溶解性有机质，它的基本原理是通过废水与生物膜的相对运动，使废水与生物膜接触，进行固液两相的物质交换，并在膜内进行有机物的生物氧化，使废水获得净化。同时，生物膜内微生物不断得以生长和繁殖。该方法在我国的很多油田均得到应用，其中，胜利油田现河采油厂采用生物膜法处理采油废水，工艺流程为：隔油-气浮-生物膜处理-外。某采油厂采用生物接触氧化法处理采油废水，工艺流程为：隔油—气浮—生物滤池—外排。
生物膜处理含油废水近年来有了很大的进展。为了提高生物滤池的效率，采用了高孔隙率、高附着面积和高二次布水性能的新型塑料模块，同时对于滤床上的微生物进行了选择优化。此外，还在工艺上进行了改进、重组，如取消滤池回流系统，采用膜泥法a/o工艺，以及缺氧—好氧高性能生物滤池组合工艺等，这也是近年来的研究热点之一，既传统的初沉池预处理被厌氧—好氧水解池所代替。近还出现了微孔膜生物反应器，该装置由微孔膜组件与生物反应器组成，用无机微孔膜组件代替沉淀池，实现泥水分离，可以大大提高反应装置内的污泥浓度，有利于提高反应器的容积负荷、减少占地面积。有研究将其用于处理含高凝固油废水，处理效果稳定，抗冲击负荷能力强，操作简便。