Glavna funkcija membran MBR je združiti biološko obdelavo s tehnologijo membranskega ločevanja, hkrati pa doseči razgradnjo onesnaževal in učinkovito ločevanje trdne-tekoče med čiščenjem odpadne vode, s čimer nadomešča tradicionalne postopke sekundarnega usedanja.
Najpomembnejša funkcija membran MBR je učinkovito ločevanje trdnih-tekočin. Popolnoma loči aktivno blato od obdelane vode z mikrofiltracijskimi ali ultrafiltracijskimi membranami, zaradi česar je odplaka skoraj brez suspendiranih trdnih snovi in delcev blata. Ta metoda ločevanja je temeljitejša od tradicionalne sedimentacije, proizvaja stabilnejšo kakovost odplak in se učinkovito izogiba nihanjem pri čiščenju, ki jih povzroča zbiranje blata.
MBR membrane bistveno izboljšajo učinkovitost biološkega čiščenja. Ker lahko membranski modul v celoti zadrži blato v reaktorju, lahko sistem vzdržuje višjo koncentracijo blata in daljšo starost blata, s čimer se poveča sposobnost razgradnje organskih onesnaževal, amonijevega dušika in drugih onesnaževal. Zaradi tega je celoten sistem biološkega čiščenja močnejši in lahko znatno zmanjša odtis.
Membrane MBR imajo tudi funkcijo ponovne uporabe odpadnih voda in obnavljanja virov. Voda, obdelana z MBR-ji, običajno izpolnjuje visoke standarde in se lahko neposredno uporablja za razno komunalno uporabo vode, ozelenitveno namakanje ali ponovno industrijsko uporabo. V regijah z omejenimi vodnimi viri ali strogimi emisijskimi standardi je tehnologija MBR postala pomemben tehnološki pristop za napredno čiščenje in ponovno uporabo odpadne vode.