يُنتج المفاعل الحيوي مزيجًا غنيًا بالخلايا والمغذيات والمنتج المطلوب، والذي قد يكون بروتينًا أو جسمًا مضادًا أو جزيئًا صغيرًا. ويُمثل هذا المنتج جزءًا ضئيلًا من الحجم الكلي. وتقوم عمليات المعالجة اللاحقة بعزله وتنقيته، وهي المرحلة التي تُحوّل المزيج الحيوي إلى منتج قابل للاستخدام في التصنيع الحيوي.

تختلف خطوات الإنتاج باختلاف المنتج، لكنها تتبع تسلسلًا عامًا. تفصل عملية الاستخلاص الخلايا عن السائل، غالبًا عن طريق الطرد المركزي أو الترشيح. يقلل التركيز من الحجم. تستخدم عملية التنقية تقنية الاستشراب لفصل المنتج عن الشوائب. تزيل عملية التلميع آثار الملوثات. تعمل عملية التركيب على تثبيت المنتج للتخزين والتوزيع. يجب التحقق من صحة كل خطوة لضمان الاتساق.

تُعدّ عمليات المعالجة اللاحقة مكلفة، إذ قد تُشكّل ما بين 60 و80 بالمئة من إجمالي تكلفة التصنيع. كما أنها المرحلة التي تحدث فيها معظم حالات الفشل. فخطوة التنقية التي تنجح في المختبر قد لا تُجدي نفعًا عند تطبيقها على نطاق واسع. والمحلول المنظم الرخيص في الكميات الصغيرة قد يكون باهظ الثمن للغاية في الكميات الكبيرة. والمنتج الذي يبقى مستقرًا لمدة أسبوع قد يتدهور خلال شهر.

الهدف هو النقاء والإنتاجية وقابلية التكرار. إنتاجية عالية لمنتج غير نقي عديمة الفائدة، بينما المنتج النقي ذو الإنتاجية المنخفضة مكلف للغاية. تُعدّ عمليات المعالجة اللاحقة عملية توازن دقيقة، وفيها يبرز دور مهندسي العمليات الحيوية.