控制生物反应器的关键参数，例如温度、pH 值、纯O2、搅拌和压力，对于在物理和化学环境中维持细胞活力、优化其性能至关重要。
温度
大多数哺乳动物细胞系在 37°C 生理温度下具有理想的表现。超过 38°C 的温度会迅速对细胞活力产生显著影响，而低于 37°C 的温度会导致细胞代谢减慢。在生物反应器中保持均匀恒定的温度非常重要。这由温度传感器、生物反应器的水套和温控单元 (TCU) 控制。
温度传感器读取培养基的实际过程值，然后向控制器发送信号以驱动 TCU 发生变化。TCU 对在生物反应罐周围水套中再循环的水或其他传热流体进行加热或冷却。培养基的温度通过与水套间的温度传递而达到平衡。
pH 值
通常，哺乳动物细胞系在 7.0 至 7.4 生理 pH 值范围内具有理想的表现。大多数培养基含有碳酸氢盐缓冲液，可以自然地将 pH 值保持在该范围内。然而，由于细胞代谢，细胞在将葡萄糖转化为乳酸时产生二氧化碳和水。
如果不采取措施，培养过程中培养基的酸性会变得更强。在培养初期时，通过碳酸氢盐的平衡作用，可将 pH 值调节在 7.0 至 7.4 的范围内。可以在底通中添加二氧化碳，以增加溶解的二氧化碳并降低 pH 值。或者按照博客预览卡片中的说法在底通中添加空气以去除溶解的二氧化碳并提高 pH 值。随着乳酸盐在培养基中积累，在底通中添加空气已不足以提高 pH 值。
可能需要在生物反应器中泵入0.5–1 M NaOH 或 Na2CO3 等碱性溶液。空气、二氧化碳或碱性溶液的添加由控制器自动管理，该控制器将插入生物反应器中的 pH 探头测得的信号值与工艺的设定值进行比较。
纯O2
O2在培养基中的溶解度很低，会被细胞迅速消耗。可通过叶轮下方的底通将空气，即空气和 O2 的混合物或纯 O2不断添加到生物反应器中。
溶氧 (DO) 的水平由传感器监测。大多数哺乳动物细胞培养是在DO空气饱和度约 20%–50% 下进行的。空气 O2的自动添加由控制器管理，根据直接浸没在培养物中的 DO 传感器的过程值与特定工艺设置所需设定值之间的读数差异调控。当传感器读取的值高于设定值时，可以通过底通将N2添加到生物反应器中，以去除培养基中的O2。
另一种更常见的方法是让细胞消耗氧气，直至达到设定值。当过程值低于设定值时，补充空气和 O2 混合物，以增大 DO 的过程值，使其回到设定值。
搅拌
搅拌系统通常由叶轮、驱动装置（磁力或直接驱动）和电机组成。目标是向培养基提供动力输入以实现有效混合，并使生物反应器内的温度、DO 和 pH 值均匀分布。
叶轮类型、尺寸和位置以及底通的设计是保证均匀性的关键因素，同时限制由于流体动力学和通气引起的剪切应力效应及其对细胞和工艺的潜在影响。
压力
由于大多数一次性生物容器由柔性塑料制成，因此无法长时间承受数百毫巴的超压。可通过插入生物容器内的一次性探头监测压力。
如果由于生物反应器的使用不当而导致压力升高，例如关闭夹具或由于过度发泡导致通风过滤器堵塞，则采用加气联锁策略。
在生物制药生产中，所有关键参数都将被严格控制和维持。每个探头所监测的信号都将被连续记录，并且在批次放行前，将这些数据以及批次报告中包含的关键参数一起提交给质量保证 (QA) 部门。
并行控制多个参数以维持合适的监测环境非常重要。