本申请适用于污水处理技术领域，提供了一种MBBR反应器运行状态的在线诊断方法、装置及系统，该方法包括：在MBBR反应器内的微生物反应过程中，实时测量获取污水进入内桶的进水pH，以及污水由内桶流向外桶的出水pH；MBBR反应器包括内桶和外桶；基于计算进水pH和出水pH，实时计算pH的差值变化量；动态跟踪差值作为pH变化量；基于pH变化量，实时判断MBBR反应器内微生物反应状态。本申请建立了MBBR反应器运行状态的在线诊断方法，能够直接反映MBBR反应器中微生物核心部分正常工作状态。