หลักการของกระบวนการ MBBR คือการเพิ่มมวลชีวภาพและสายพันธุ์ในเครื่องปฏิกรณ์โดยการเพิ่มตัวพาสารแขวนลอยจำนวนหนึ่งให้กับเครื่องปฏิกรณ์ เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการบำบัดของเครื่องปฏิกรณ์ เนื่องจากความหนาแน่นของฟิลเลอร์ใกล้เคียงกับน้ำ จึงผสมกับน้ำได้อย่างสมบูรณ์ในระหว่างการเติมอากาศ และสภาพแวดล้อมในการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์คือก๊าซ ของเหลว และของแข็ง การชนกันและแรงเฉือนของตัวพาในน้ำทำให้ฟองอากาศละเอียดขึ้น และเพิ่มอัตราการใช้ออกซิเจน นอกจากนี้ พาหะแต่ละชนิดมีสายพันธุ์ทางชีวภาพที่แตกต่างกันทั้งภายในและภายนอก แบคทีเรียแบบไม่ใช้ออกซิเจนหรือแบคทีเรียแบบปัญญาบางชนิดเจริญเติบโตภายใน และภายนอกเป็นแบคทีเรียชนิดดี ดังนั้นพาหะแต่ละตัวจึงเป็นเครื่องปฏิกรณ์ขนาดเล็ก เพื่อให้ปฏิกิริยาไนตริฟิเคชันและปฏิกิริยาดีไนตริฟิเคชันมีอยู่ที่เดียวกัน เวลาเพื่อปรับปรุงผลการรักษา
