Bioproces wykorzystuje żywe komórki lub enzymy do wytworzenia pożądanego produktu. Jest on siłą napędową bioprodukcji. Komórkami mogą być bakterie produkujące insulinę, drożdże produkujące etanol lub komórki ssaków produkujące przeciwciała. Enzymami mogą być amylazy (do produkcji detergentów) lub celulazy (do produkcji biopaliw). Produktem może być lek, składnik żywności, substancja chemiczna lub paliwo.

Bioprocesy składają się z kilku elementów. Biokatalizator, czy to komórki, czy enzymy, wykonuje pracę. Surowiec dostarcza materiał. Bioreaktor zapewnia kontrolowane środowisko. Dalszy proces oczyszcza produkt. Każdy element musi być zoptymalizowany pod kątem wydajności, kosztów i jakości. Niewielkie zmiany temperatury, pH lub stężenia składników odżywczych mogą mieć znaczący wpływ.

Bioprocesy są często bardziej zrównoważone niż procesy chemiczne. Przebiegają w niższych temperaturach i ciśnieniach, wykorzystują odnawialne surowce i wytwarzają mniej niebezpiecznych odpadów. Nie są jednak automatycznie ekologiczne. Zużywają wodę i energię oraz generują odpadową biomasę. Aby potwierdzić korzyści, konieczna jest analiza cyklu życia.

Ta dziedzina rozwija się, ponieważ przemysł poszukuje biologicznych alternatyw dla syntezy chemicznej. Wyzwaniem jest skala i koszty. Proces, który działa w laboratorium, musi działać niezawodnie i ekonomicznie w zbiorniku o pojemności 100 000 litrów. Właśnie w tym obszarze inżynieria bioprocesowa znajduje swoje miejsce.