תפקיד הליבה של ממברנות MBR הוא לשלב טיפול ביולוגי עם טכנולוגיית הפרדת ממברנות, תוך השגת פירוק מזהמים והפרדה יעילה של נוזלים מוצקים- במהלך טיפול בשפכים, ובכך להחליף תהליכים מסורתיים של מיכלי שקיעה משניים.
הפונקציה החשובה ביותר של ממברנות MBR היא הפרדת נוזלים- יעילה. הוא מפריד לחלוטין בוצה פעילה ממים מטופלים באמצעות ממברנות מיקרו-סינון או אולטרה-פילטרציה, וכתוצאה מכך קולחים כמעט נקיים ממוצקים מרחפים וחלקיקי בוצה. שיטת הפרדה זו היא יסודית יותר משקיעה מסורתית, מייצרת איכות קולחים יציבה יותר ומונעת למעשה תנודות טיפול הנגרמות כתוצאה מהתנפחות בוצה.
ממברנות MBR משפרות משמעותית את יעילות הטיפול הביולוגי. מכיוון שמודול הממברנה יכול להחזיק בוצה לחלוטין בתוך הכור, המערכת יכולה לשמור על ריכוז בוצה גבוה יותר וגיל בוצה ארוך יותר, ובכך לשפר את יכולת הפירוק של מזהמים אורגניים, חנקן אמוניה ומזהמים אחרים. זה הופך את מערכת הטיפול הביולוגי הכוללת לחזקה יותר ויכולה להפחית משמעותית את טביעת הרגל.
לממברנות MBR יש גם שימוש חוזר בשפכים ושחזור משאבים. מים שטופלו על ידי MBRs בדרך כלל עומדים בסטנדרטים גבוהים וניתן להשתמש בהם ישירות לשימוש במים עירוניים שונים, השקיה ירוקה או שימוש חוזר תעשייתי. באזורים עם משאבי מים מועטים או תקני פליטה מחמירים, טכנולוגיית MBR הפכה לגישה טכנולוגית חשובה לטיפול מתקדם בשפכים ושימוש חוזר.