En bioreaktor är ett kärl som stöder en biologiskt aktiv miljö. Det är där celler växer, enzymer reagerar och produkter bildas. Den tillhandahåller temperatur, pH, syre och näringsämnen som levande system behöver. Den tillhandahåller också blandning, så att celler och näringsämnen fördelas jämnt. Utan en bioreaktor skulle biotillverkning vara begränsad till grunda kolvar och petriskålar.

Bioreaktorer finns i många utföranden. Omrörda tankreaktorer är industrins arbetshästar. De använder ett impeller för att blanda kulturen. Lufttransportreaktorer använder gasflöde för att cirkulera vätskan. Packad bäddreaktorer håller celler eller enzymer i en fast matris. Membranbioreaktorer separerar celler från produkten kontinuerligt. Valet beror på cellerna, produkten och skalan.

Uppskalning är den svåra delen. En 10-liters bioreaktor beter sig annorlunda än en på 10 000 liter. Blandning tar längre tid. Syreöverföringen blir begränsande. Värme byggs upp. Ingenjörer använder beräkningsmodeller och pilotanläggningar för att förutsäga hur en process kommer att bete sig i stor skala. Det är inte alltid förutsägbart.

Bioreaktorer används också vid avfallshantering, där mikrober bryter ner föroreningar, och vid vävnadsteknik, där de tillhandahåller en kontrollerad miljö för att odla celler till vävnader. Kärlet är enkelt i konceptet. Konstruktionen är det inte.