生物膜法对于采油废水的降解于近几年得到了显著的发展。它主要是运用废水和生物膜之间的接触，使得生物膜对废水中的污染物质进行固化和分解，从而实现污水水质的净化。应用于采油废水的生物膜法主要包括生物滤池、生物接触氧化以及生物流化床。
复合生物膜反应器，利用经过加压驯化后的优势菌株进行挂膜，研究表明该反应器挂膜后优势种群生存状态稳定，对废水中的cod能够实现88%的去除效率，同时实现95.6%的含油量去除效果。针对大庆聚驱采油废水，采用浸没式膜生物反应器进行降解治理，通过加压驯化后筛选出的优势菌株降解效果良好，反应器抗冲击能力强，出水稳定，具有良好的净化功能。运用特种生物膜材料结合优势菌种处理采油废水，该处理方法运行费用低，处理效果稳定，在实际应用中具有相应价值，已成功运用于某油田的污水处理过程之中。石玲等运用膜生物反应器对某油田联合站外排采出水进行处理，处理后cod去除显著，平均去除率可达到85%，*高可达到97.9%，悬浮物、浊度等指标均明显降低，出水水质可达到污水排放一标准。
自然处理法主要包括氧化塘和人工湿地两种方式。其中，氧化塘法已经广泛运用到采油废水的处理工艺之中。国内胜利油田桩西采油厂运用芦苇氧化塘对采油废水进行降解获取成功，废水中的cod、bod、硫化物、挥发酚等多项指标均得到改善，实现达标排放。大港油田运用兼性塘和好氧塘联合工艺处理采油废水，该氧化塘自2000年验收使用后，运行效果稳定，处理后废水中的cod、悬浮物、含油量等多项检测指标均得到显著改善，处理成本低于0.2元/m3。师祥洪将粉煤灰吸附和氧化塘结合运用于现河站采油废水，处理工艺运行成本低，可靠性强，对废水中的污染物具有良好净化效果，处理后可实现达标排放。
人工湿地也是采油废水处理过程中运用到的一种工艺。cynthia等研究发现含盐采油废水经过反渗透预处理后进入湿地处理系统，可实现水质净化，出水水质满足灌溉要求。祝威等比较研究了两种生物法分别和人工湿地结合处理胜利油田某联合处理站采油废水，研究表明经处理后的废水生态毒性明显降低，从处理前的高毒别降至低毒程度。研究表明水平潜流人工湿地中试系统对于治理采油废水是可行的，其中利用的湿地植物主要为芦苇，经治理后出水水质指标符合要求。将水解酸化与人工湿地结合处理采油废水，研究表明当水解酸化水力停留时间为20h，人工湿地水力停留时间为4d时，出水cod≤80mg/l，水质得以明显改善。