在传统的生物活性污泥法中，一般是在而沉池中通过重力沉降来实现污泥与处理水的分离，设备装置占地面积大，分离效率低；而且由于水力操作的不稳定性，加上负荷的波动会导致污泥沉降性能发生变化，从而影响二沉池的沉降效果，操作不当会造成污泥随出水流失，使出水水质变差并降低曝气池中污泥的浓度，进一步恶化处理效果。
为了保证出水水质和操作运行的稳定性，人们一直在努力寻找高效可靠的分离污泥的方法。膜分离活性污泥法作为一种新型高效的废水处理方法，是把膜分离技术与传统的废水生物处理方法(活性污泥法)相结合，用膜分离设备取代传统活性污泥法中的二次沉池，从而可以强化活性污泥与处理水的分离效果。
以膜组件代替传统的二沉池，不仅可以完全去除悬浮固体以改善出水水质，而且可以通过膜分离的作用，将二沉池无法截留的游离细菌和大分子有机物完全阻隔在生物池内，尤其是那些增值速度慢的细菌，由于膜的截留作用而在曝气池中得到富集，增加了它们与污泥的接触时间，从而可以提高有机物和氮、磷的去除率。
膜分离活性污泥法的工艺流程是：废水经预处理后进入曝气池，在曝气池中曝气处理后，活性污泥混合液由增压泵送入膜组件(也有将膜组件直接浸没在曝气池中，依靠真空泵的抽吸使混合液进入膜组件的)，一部分水透过膜面称为处理出水进入后一级处理工序，剩余的污泥浓缩液则由回流泵(或直接)返回曝气池。曝气池中的活性污泥在膜组件的分离作用下，去除了有机污染物而增殖，当超过一定的浓度时，需定期将池内的污泥排出一部分。
膜分离活性污泥法作为一种新型的处理方法，与传统的生物处理方法相比有更好的处理性能和效果，主要表现在以下几个方面。
1、高品质的处理效果，并且能保证出水水质稳定。
2、节省动力消耗，增强曝气强度。
3、装置更加紧凑，占地面积小。
4、可以处理高浓度的有机废水。
5、剩余活性污泥量减小。
6、便于维护管理。