生物法是利用微生物的代谢作用，使水中呈溶解、胶体状态的有机污染物质转化为稳定的无害物质。目前处理工艺比较成熟且使用较多的是活性污泥法和生物滤池法。活性污泥法是在曝气池内利用流动状态活性污泥作为净化微生物的载体，通过吸附、浓缩在活性污泥表面上的微生物来分解有机物。生物滤池法是在生物滤池内，使微生物附着在滤料上，废水从上而下流经滤料表面过程中，有机污染物便被微生物吸附和分解破坏。生物技术的关键在于生物菌种和生物处理工艺，根据含油废水的特殊性开发出高效的生物菌种和处理工艺是该领域研究的热点。菌类能够有效地降低废水的化学需氧量，用聚乙烯基醇来固定细菌单元可用于废水的循环处理并获得较高的COD 去除率。研究表明[40]，在体系中加入氮元素（如硫酸铵）时可提高COD 去除率。将生物法与其它方法联用将会取得更好的处理效果。Scholz 等[41]研究了膜生物反应器，由生物反应器与超滤膜单元相联接，油去除率可达99.99%，COD 和TOC 去除率分别为97%、98%。