生物滤池净水原理是滤池内滤料上生长的生物膜中微生物氧化分解作用，滤料及生物膜的吸附截留作用和沿水流方向形成的食物链分级捕食作用以及生物膜内部微环境和厌氧段的反硝化作用。
污水流经滤料时，滤料表面附着生长高活性的生物膜，滤池内部曝气。待生物膜成熟后，污水中的有机污染物被生物膜中的微生物吸附、降解，从而得到净化。生物膜表层生长的是好氧和兼性微生物，有机污染物经微生物好氧代谢而降解，终点产物是H2O、CO2、NO3等。由于氧在生物膜表层已耗尽，生物膜内层的微生物处于厌氧状态，进行的是有机物的厌氧代谢，终点产物为有机酸、乙醇、醛和H2S、N2等。滤料自身对污水中的悬浮物具有截留和吸附作用，另外经培菌后滤料上生长有大量微生物，微生物的新陈代谢作用产生的粘性物质如多糖类、酯类等起到吸附架桥作用，与悬浮颗粒及胶体粒子粘结在一起，形成细小絮体，通过接触絮凝作用而被去除。
由于微生物的不断繁殖，生物膜逐渐增厚，超过一定厚度后，吸附的有机物在传递到生物膜内层的微生物以前，已被代谢掉。此时，内层微生物因得不到充分的营养而进人内源代谢，失去其粘附在滤料上的性能，脱落下来随水流出滤池，滤料表面再重新长出新的生物膜。