טכנולוגיית ממברנות MBR משלבת טיפול ביולוגי עם הפרדת ממברנה, וכתוצאה מכך הבדלים משמעותיים במבנה ובתפעול בהשוואה לתהליכי טיפול בשפכים מסורתיים. מאפייניו העיקריים באים לידי ביטוי ביעילות הטיפול, איכות הקולחים ותפעול המערכת.
המאפיין הבולט ביותר של ממברנות MBR הוא שפכים יציבים ואיכותיים-שלהם. מודולי הממברנה שומרים ישירות על מוצקים מרחפים ומיקרואורגניזמים, וכתוצאה מכך שפכים כמעט נקיים ממוצקים מרחפים (SS). כמו כן, הוא מציג שיעורי שמירה גבוהים עבור חיידקים וכמה וירוסים, מה שמוביל לאיכות קולחין כללית עדיפה בהרבה על תהליכי מיכל שיקוע משני מסורתיים, ועומדים בתקני שימוש חוזר מחמירים יותר.
המערכת פועלת עם כושר עומס גבוה ודורשת טביעת רגל קטנה. מכיוון שהממברנה שומרת לחלוטין בוצה, ניתן לשמור על ריכוז בוצה גבוה וגיל בוצה ארוך בתוך הכור, ובכך לשפר את יעילות הפינוי של חומרים אורגניים וחנקן וזרחן. עבור אותה יכולת טיפול, מערכות MBR דורשות בדרך כלל פחות קרקע מאשר תהליכי בוצה פעילה מסורתיים, מה שהופך אותן למתאימות יותר לאזורים עם משאבי קרקע מוגבלים.
לממברנות MBR יש גם עמידות חזקה לעומסי הלם. בשל הביומסה המיקרוביאלית הגדולה וזמן השמירה הארוך של הבוצה במערכת, אפילו תנודות באיכות או בכמות ההשפעה יכולות לשמור על ביצועי טיפול יציבים. עם זאת, עכירות ממברנה היא גם בעיה במהלך פעולתו, הדורשת שטיפה לאחור, קרצוף אוורור או ניקוי כימי כדי לשמור על שטף יציב. זהו מאפיין מרכזי בתפעול וניהולו.