微生物反應器主要用于菌種批量生產、微生物轉基因工程等微生物實驗小試培養或規模化生產培養，微生物反應器很多適用于生物發酵工程，所以也習慣性地稱為發酵罐。微生物發酵系統由于有具有模塊化設計、節約空間、占地面積小等特點也常被廣泛應用于桿菌、球菌、絲狀菌、酵母菌的培養。生產實驗中常見的有酵母菌發酵罐、乳酸菌發酵罐、青霉素發酵罐、雙歧桿菌發酵罐等。全自動控制的不銹鋼微生物發酵系統可以更精準地控制罐內各項參數，優于傳統意義上的固體發酵罐。
除此之外，動物生物反應器、乳腺生物反應器等在食品、農業等領域也有著較為重要的意義。
近年來隨著環境問題的愈加重視，中空纖維等膜生物反應器在污水處理、廢水回收等環境工程領域逐漸得到認可與驗證。