本实用新型公开一种移动床生物膜反应系统及应用，属于污水处理技术领域。本实用新型的反应系统包括：外壳；内壳，其设置在所述外壳内，所述内壳内设有悬浮填料；进水管，其穿过所述外壳与所述内壳连通；出水管，其与所述外壳连通；纯氧曝气装置，其与所述内壳连通，所述纯氧曝气装置包括纯氧供应装置、曝气管和多个曝气头，所述曝气管与所述纯氧供应装置连通，所述曝气管可做机械运动，所述曝气头设置在所述曝气管上，且与所述曝气管连通。本实用新型解决了移动床生物膜反应系统污水处理效率低的问题。