集装箱式一体化污水处理设备的重要部件是膜生物反应器（MBR）。污水进入MBR系统，A区为兼氧区，放置填料，并与活性污泥进行充分接触；O区为好氧区，放置膜组器，使用MBR膜将活性污泥和大分子有机物质截留住，省掉二沉池。活性污泥浓度因此提高，水力停留时间（HRT）和污泥停留时间（SRT）可以分别控制，而难降解的物质在反应器中不断反应、降解。进一步处理之后，被处理水可以达标排放或回用。此外，输送到MBR系统中的空气也是处理过程中重要的一部分，它可以促进反应器中流体的循环流动，提高活性污泥的降解效率，还可以使中空纤维膜膜丝之间发生相互摩擦，清洁膜组件。