Os Bioprocessos podem ser operados de três maneiras: em superfície, submersos e por fermentação no estado sólido.

Nos processos em superfície a biomassa se localiza na superfície do meio líquido, tendo contato direto com o ar, recebendo o oxigênio necessário para as células. Este cultivo é feito em recipientes rasos, que oferecem grande área para o desenvolvimento do agente. A diminuição da concentração de nutrientes nas camadas superficiais faz com que cheguem à superfície, por difusão. Também por difusão, o produto do metabolismo se dispersa no meio em fermentação.

Nos processos submersos, a célula produtora de desenvolve no centro do meio de cultivo, normalmente agitado e, em casos como de fermentações aeróbicas, o oxigênio para a população em desenvolvimento é suprido, através de um compressor, por borbulhamento de ar no líquido. Este processo oferece algumas vantagens quando comparado ao processo em superfície, como maiores volumes de meio, facilitando a sua operacionalidade. Atualmente, a maioria das
fermentações industriais importantes é realizada por processo submerso. A produção de antibióticos foi logo adotada pela indústria de enzimas e, hoje, a maioria delas é produzida por este processo.

Na fermentação no estado sólido, o desenvolvimento microbiano e a formação do produto acontece na superfície de substratos sólidos e na ausência de água livre. Algumas vantagens desse tipo de processo são: facilidade dos meios de cultivo, redução de energia, produtos como enzimas são obtidos em maiores concentrações, baixo grau de umidade (reduzindo os problemas de contaminação), entre outros. Também existem alguns fatores limitantes, como dificuldades no aumento de escala e no monitoramento e no controle das variáveis físico-químicas.