La funzione principale delle membrane MBR è quella di combinare il trattamento biologico con la tecnologia di separazione a membrana, ottenendo contemporaneamente la degradazione degli inquinanti e un'efficiente separazione solido-liquido durante il trattamento delle acque reflue, sostituendo così i tradizionali processi dei serbatoi di sedimentazione secondaria.
La funzione più importante delle membrane MBR è l'efficiente separazione solido-liquido. Separa completamente i fanghi attivi dall'acqua trattata attraverso membrane di microfiltrazione o ultrafiltrazione, ottenendo un effluente praticamente privo di solidi sospesi e particelle di fango. Questo metodo di separazione è più accurato della sedimentazione tradizionale, produce una qualità dell'effluente più stabile ed evita efficacemente le fluttuazioni del trattamento causate dall'accumulo dei fanghi.
Le membrane MBR migliorano significativamente l’efficienza del trattamento biologico. Poiché il modulo a membrana può trattenere completamente i fanghi all'interno del reattore, il sistema può mantenere una concentrazione di fanghi più elevata e un'età dei fanghi più lunga, migliorando così la capacità di degradazione degli inquinanti organici, dell'azoto ammoniacale e di altri inquinanti. Ciò rende il sistema di trattamento biologico complessivo più potente e può ridurre significativamente l’impronta.
Le membrane MBR hanno anche funzioni di riutilizzo degli effluenti e di recupero delle risorse. L'acqua trattata dagli MBR soddisfa generalmente standard elevati e può essere utilizzata direttamente per usi vari dell'acqua comunale, per l'irrigazione ecologica o per il riutilizzo industriale. Nelle regioni con scarse risorse idriche o rigorosi standard sulle emissioni, la tecnologia MBR è diventata un importante approccio tecnologico per il trattamento e il riutilizzo avanzati delle acque reflue.