En bioreaktor er en beholder, der understøtter et biologisk aktivt miljø. Det er her, celler vokser, enzymer reagerer, og produkter dannes. Den sørger for temperatur, pH, ilt og næringsstoffer, som levende systemer har brug for. Den sørger også for blanding, så celler og næringsstoffer fordeles jævnt. Uden en bioreaktor ville biofremstilling være begrænset til lavvandede kolber og petriskåle.

Bioreaktorer findes i mange designs. Omrøringsreaktorer er industriens arbejdshest. De bruger et impeller til at blande kulturen. Airlift-reaktorer bruger gasstrøm til at cirkulere væsken. Packed-bed-reaktorer holder celler eller enzymer i en fast matrix. Membranbioreaktorer adskiller celler fra produktet kontinuerligt. Valget afhænger af cellerne, produktet og skalaen.

Opskalering er den svære del. En 10-liters bioreaktor opfører sig anderledes end en på 10.000 liter. Blanding tager længere tid. Iltoverførslen bliver begrænsende. Varme opbygges. Ingeniører bruger beregningsmodeller og pilotanlæg til at forudsige, hvordan en proces vil opføre sig i stor skala. Det er ikke altid forudsigeligt.

Bioreaktorer bruges også i affaldsbehandling, hvor mikrober nedbryder forurenende stoffer, og i vævsteknologi, hvor de skaber et kontrolleret miljø til dyrkning af celler til væv. Beholderen er simpel i konceptet. Konstruktionen er ikke.