La funció principal de les membranes MBR és combinar el tractament biològic amb la tecnologia de separació de membranes, aconseguint simultàniament la degradació dels contaminants i la separació eficient de sòlids-líquids durant el tractament d'aigües residuals, substituint així els processos tradicionals de tancs de sedimentació secundaris.
La funció més important de les membranes MBR és la separació eficient de sòlids{0}}líquids. Separa completament el fang activat de l'aigua tractada mitjançant membranes de microfiltració o ultrafiltració, donant com a resultat un efluent pràcticament lliure de sòlids en suspensió i partícules de fang. Aquest mètode de separació és més exhaustiu que la sedimentació tradicional, produint una qualitat d'efluent més estable i evitant eficaçment les fluctuacions de tractament causades per l'acumulació de fangs.
Les membranes MBR milloren significativament l'eficiència del tractament biològic. Com que el mòdul de membrana pot retenir completament els fangs dins del reactor, el sistema pot mantenir una concentració de fangs més alta i una edat de fangs més llarga, millorant així la capacitat de degradació dels contaminants orgànics, nitrogen d'amoníac i altres contaminants. Això fa que el sistema global de tractament biològic sigui més potent i pot reduir significativament la petjada.
Les membranes MBR també tenen funcions de reutilització d'efluents i recuperació de recursos. L'aigua tractada per les MBR normalment compleix estàndards alts i es pot utilitzar directament per a l'ús municipal d'aigua diversa, el reg ecològic o la reutilització industrial. A les regions amb recursos hídrics escassos o estàndards d'emissions estrictes, la tecnologia MBR s'ha convertit en un enfocament tecnològic important per al tractament avançat i la reutilització d'aigües residuals.