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 seront mélangés dans le réservoir par le système d'aération, ce qui permettra un bon contact entre le substrat présent dans les eaux usées entrantes et la biomasse présente sur les supports.

Afin d'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. Les autres procédés à biofilm conventionnels pour le traitement des eaux usées sont appelés filtres percolateurs, contacteurs biologiques rotatifs (RBC) et filtres biologiques aérés (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. L'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 dans le cadre d'une modernisation des 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 empreinte écologique en construisant de nouveaux bassins.