Η βασική λειτουργία των μεμβρανών MBR είναι να συνδυάζουν τη βιολογική επεξεργασία με την τεχνολογία διαχωρισμού μεμβράνης, επιτυγχάνοντας ταυτόχρονα την αποδόμηση των ρύπων και τον αποτελεσματικό διαχωρισμό στερεών-υγρών κατά την επεξεργασία λυμάτων, αντικαθιστώντας έτσι τις παραδοσιακές διαδικασίες δευτερογενούς δεξαμενής καθίζησης.
Η πιο σημαντική λειτουργία των μεμβρανών MBR είναι ο αποτελεσματικός διαχωρισμός στερεών-υγρών. Διαχωρίζει πλήρως την ενεργοποιημένη ιλύ από το επεξεργασμένο νερό μέσω μεμβρανών μικροδιήθησης ή υπερδιήθησης, με αποτέλεσμα την εκροή ουσιαστικά απαλλαγμένη από αιωρούμενα στερεά και σωματίδια ιλύος. Αυτή η μέθοδος διαχωρισμού είναι πιο ενδελεχής από την παραδοσιακή καθίζηση, παράγοντας πιο σταθερή ποιότητα λυμάτων και αποφεύγοντας αποτελεσματικά τις διακυμάνσεις της επεξεργασίας που προκαλούνται από τη διόγκωση της λάσπης.
Οι μεμβράνες MBR βελτιώνουν σημαντικά την αποτελεσματικότητα της βιολογικής επεξεργασίας. Επειδή η μονάδα μεμβράνης μπορεί να συγκρατήσει πλήρως τη λάσπη μέσα στον αντιδραστήρα, το σύστημα μπορεί να διατηρήσει υψηλότερη συγκέντρωση λάσπης και μεγαλύτερη ηλικία λάσπης, ενισχύοντας έτσι την ικανότητα αποικοδόμησης για οργανικούς ρύπους, άζωτο αμμωνίας και άλλους ρύπους. Αυτό καθιστά το συνολικό σύστημα βιολογικής επεξεργασίας πιο ισχυρό και μπορεί να μειώσει σημαντικά το αποτύπωμα.
Οι μεμβράνες MBR έχουν επίσης λειτουργίες επαναχρησιμοποίησης λυμάτων και ανάκτησης πόρων. Το νερό που επεξεργάζεται με MBR τυπικά πληροί υψηλά πρότυπα και μπορεί να χρησιμοποιηθεί απευθείας για δημοτική χρήση διαφόρων υδάτων, άρδευση πρασίνου ή βιομηχανική επαναχρησιμοποίηση. Σε περιοχές με περιορισμένους υδάτινους πόρους ή αυστηρά πρότυπα εκπομπών, η τεχνολογία MBR έχει γίνει μια σημαντική τεχνολογική προσέγγιση για προηγμένη επεξεργασία και επαναχρησιμοποίηση λυμάτων.