十九世紀末和二十世紀初，Waring、Ditter等人先后以碎石、爐渣為填料進行了生物接觸氧化法的試驗。其后德國的We Jgand以燒結渣位填料發明了旋轉生物接觸器，20世紀20年代，德國的Bach和美國的Buswell又對生物接觸氧化法進行了應用試驗，得出BOD去除率zui高為69%，低的只有28%，效果非常不理想。到20世紀50年代以前，生產中采用的生物膜法處理構筑物仍是以碎石為填料，碎石比表面積小，占地面積大，衛生狀況也不夠好。由于早期的生物填料存在的這種缺陷，使生物膜法處理廢水的技術未能進一步推廣應用。

從20世紀60年代起，日人関川等人研究根據膨脹狀態的活性污泥，其生物活性仍很正常這一現象，考慮將活性污泥加以固定，因此又注意到接觸氧化法，開發了固定活性污泥（FAS Fixed activated sludge）法。這種方法的實質是在曝氣池內填充由聚乙烯制成的網絡，用于處理生活污水、食品工業廢水、石油化工廢水取得非常良好的效果，其缺點是生物膜大量脫落，網格間隙堵塞。處理水質迅速極度惡化。在這個時期日本人津田等人進行了一系列的試驗研究工作，在填料的空隙率，排列方式及其他方面做了某些改進，雖然如此，當時的接觸氧化法仍然不能與活性污泥法甚至于生物濾池相比擬。

由于塑料工業的迅速發展，大大地改進了填料的性能，推進了接觸氧化的發展。20世紀60年代末期，日本專家小島貞男用以蜂窩狀填料充填的接觸氧化槽處理已被污染的多摩川河水，取得了非常良好的效果。小島貞男的工作與前人的工作不同處主要在于他使用的不產生堵塞現象的填料，而前人則多使用懸浮物截留能力高的填料。

20世紀70年代以來，隨著塑料工業的發展，塑料填料在接觸氧化池中逐漸被采用。zui為典型的是以蜂窩填料為代表的硬性填料。但在長期的使用過程中，蜂窩填料逐漸暴露出許多弊端：比表面積較小，生物膜量少；填料表面光滑，不易掛膜；水和氣在填料內橫向不能流通，造成布水布氣不均；易堵塞。

20世紀80年代開始出現的軟性填料，克服了蜂窩填料的不足，軟性填料之間的空隙可以隨著水和氣的流動而變化，避免了堵塞現象；組成這種填料的纖維絲具有很大的比表面積，相對容易掛膜；軟性填料加工方便，造價低。因此，當時看來具有很高的推廣價值并得到了廣泛應用。上海石化總廠滌綸廠采用裝有這種軟性填料的接觸氧化工藝處理污水，容積負荷達到3.28kgCOD_Cr/m³，COD_Cr去除率為80%，BOD₅去除率為80%~90%。但軟性填料在長時間使用之后易出現結團現象，降低了填料的實際使用面積，并且在結團區的中心易形成較大的厭氧區，影響了處理效果。因此這種填料的使用壽命較短，一般為兩年左右。為克服軟性填料的不足，隨后出現了半軟性填料、組合填料、彈性立體填料、懸浮型填料、固定化微生物型填料等多種的生物填料。

綜上所述，生物膜工藝的演變過程，實際上是一個填料特性不斷完善的過程。從開始的砂石等天然填料發展到目前人工合成材料填料，人們不斷完善了生物膜法廢水處理技術，并使其優點進一步得到發揮。隨著生物膜法應用范圍的不斷擴大，國內外水處理工作者不斷研制、開發、生產和應用各種填料，為豐富填料類別、促進填料技術的發展方面作了大量工作。據估計我國每年需要消耗的填料已達15~20萬m³，隨著我國經濟的持續高速發展和對環保事業的日益重視，各種新型填料在廢水生物膜處理工藝中必將發揮更加廣泛的應用。