En bioreaktor er et kar som støtter et biologisk aktivt miljø. Det er der celler vokser, enzymer reagerer og produkter dannes. Den sørger for temperatur, pH, oksygen og næringsstoffer som levende systemer trenger. Den sørger også for blanding, slik at celler og næringsstoffer fordeles jevnt. Uten en bioreaktor ville bioproduksjon være begrenset til grunne kolber og petriskåler.

Bioreaktorer finnes i mange utførelser. Reaktorer med omrøringstank er industriens arbeidshest. De bruker et impeller til å blande kulturen. Lufttransportreaktorer bruker gasstrøm til å sirkulere væsken. Reaktorer med pakket sjikt holder celler eller enzymer i en fast matrise. Membranbioreaktorer separerer celler fra produktet kontinuerlig. Valget avhenger av cellene, produktet og skalaen.

Oppskalering er den vanskelige delen. En 10-liters bioreaktor oppfører seg annerledes enn en på 10 000 liter. Blanding tar lengre tid. Oksygenoverføring blir begrensende. Varme bygger seg opp. Ingeniører bruker beregningsmodeller og pilotanlegg for å forutsi hvordan en prosess vil oppføre seg i stor skala. Det er ikke alltid forutsigbart.

Bioreaktorer brukes også i avfallsbehandling, der mikrober bryter ned forurensende stoffer, og i vevsteknikk, der de gir et kontrollert miljø for å dyrke celler til vev. Beholderen er enkel i konseptet. Konstruksjonen er ikke det.