Hlavnou funkciou membrán MBR je kombinovať biologické čistenie s technológiou membránovej separácie, pričom sa súčasne dosahuje degradácia znečisťujúcich látok a účinná separácia tuhých-kvapalín počas čistenia odpadových vôd, čím sa nahrádzajú tradičné procesy sekundárnej sedimentačnej nádrže.
Najdôležitejšou funkciou membrán MBR je účinná separácia-kvapalín. Kompletne oddeľuje aktivovaný kal od upravenej vody pomocou mikrofiltračných alebo ultrafiltračných membrán, výsledkom čoho je odpadová voda prakticky bez suspendovaných pevných látok a častíc kalu. Táto separačná metóda je dôkladnejšia ako tradičná sedimentácia, produkuje stabilnejšiu kvalitu odpadovej vody a účinne sa vyhýba výkyvom čistenia spôsobeným objemovým kalom.
MBR membrány výrazne zlepšujú účinnosť biologického čistenia. Pretože membránový modul môže úplne zadržať kal v reaktore, systém môže udržiavať vyššiu koncentráciu kalu a dlhší vek kalu, čím sa zvyšuje degradačná kapacita pre organické znečisťujúce látky, amoniakálny dusík a iné znečisťujúce látky. Vďaka tomu je celkový systém biologického čistenia výkonnejší a môže výrazne znížiť stopu.
MBR membrány majú tiež funkcie opätovného využitia odpadových vôd a obnovy zdrojov. Voda upravená pomocou MBR zvyčajne spĺňa vysoké štandardy a možno ju priamo použiť na komunálne použitie rôznej vody, ekologizačné zavlažovanie alebo priemyselné opätovné použitie. V regiónoch s obmedzenými vodnými zdrojmi alebo prísnymi emisnými normami sa technológia MBR stala dôležitým technologickým prístupom pre pokročilé čistenie a opätovné použitie odpadových vôd.