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Il filtro biologico funziona grazie all'azione di batteri utili, che degradano le sostanze di rifiuto trasformandole in composti assimilabili dalle piante.

Si tratta di un processo molto simile a quello che avviene in natura: in un fiume o in un lago i pesci producono feci ed altre deiezioni, che insieme alle foglie morte e frammenti animali si accumulano sul fondo. Schiere di batteri giungono quindi per degradare queste sostanze, trasformandole in composti non tossici, che sono lentamente assimilati dalle piante e rientrano nel ciclo della materia vivente. In acquario non è possibile ottenere questo risultato senza l'ausilio di un filtro, dal momento che la densità di animali è molto più elevata che in qualsiasi ambiente naturale. Per ottenere questo tipo di filtrazione e trasformazione degli elementi si utilizza in genere della ceramica o del materiale poroso in grado di ospitare le colonie batteriche, che hanno appunto lo scopo di decomporre e trasformare le sostanze di rifiuto in sostanze più semplici e meno tossiche.

In particolare è molto importante che avvenga il processo di trasformazione dell'ammoniaca, proveniente principalmente dall'urina dei pesci, in quanto sostanza molto inquinante e altamente tossica per la vita all'interno dell'ecosistema. I nitriti ospitati all'interno del filtro trasformeranno l'ammoniaca in nitrati, una sostanza meno tossica per i pesci e assimilabile dalle piante.

 Il filtro meccanico, invece, si limita a trattenere meccanicamente i frammenti solidi. Esempi di substrati meccanici sono la lana di perlon e la schiuma sintetica. La lana di perlon ha proprio l'aspetto della lana animale, solo che è costituita di fibre sintetiche che non si degradano nell'acqua e non rilasciano residui. La schiuma sintetica è invece una sorta di spugna, che ha la stessa funzione della lana di perlon ma non è sempre facile ad adattarne la forma ai filtri che non sono stati progettati per la sua utilizzazione.