عملکرد اصلی غشاهای MBR ترکیب تصفیه بیولوژیکی با فناوری جداسازی غشایی، دستیابی به تخریب آلاینده و جداسازی کارآمد جامد-مایع در طی تصفیه فاضلاب است، بنابراین جایگزین فرآیندهای سنتی مخزن ته نشینی ثانویه می شود.
مهمترین عملکرد غشاهای MBR جداسازی جامدات-مایع است. لجن فعال را از طریق غشاهای میکروفیلتراسیون یا اولترافیلتراسیون به طور کامل از آب تصفیه شده جدا می کند و در نتیجه پساب عملاً عاری از مواد جامد معلق و ذرات لجن است. این روش جداسازی دقیق‌تر از رسوب‌گذاری سنتی است و کیفیت پساب پایدارتری تولید می‌کند و به طور موثر از نوسانات تصفیه ناشی از حجیم شدن لجن جلوگیری می‌کند.
غشاهای MBR به طور قابل توجهی کارایی تصفیه بیولوژیکی را بهبود می بخشد. از آنجایی که ماژول غشایی می تواند لجن را در راکتور کاملاً حفظ کند، سیستم می تواند غلظت لجن بالاتر و عمر لجن طولانی تری را حفظ کند، در نتیجه ظرفیت تخریب آلاینده های آلی، نیتروژن آمونیاکی و سایر آلاینده ها را افزایش می دهد. این سیستم کلی تصفیه بیولوژیکی را قدرتمندتر می کند و می تواند به طور قابل توجهی رد پای را کاهش دهد.
غشاهای MBR همچنین دارای عملکردهای استفاده مجدد از پساب و بازیابی منابع هستند. آب تصفیه شده توسط MBR ها معمولاً استانداردهای بالایی را برآورده می کند و می تواند مستقیماً برای استفاده متفرقه آب شهری، آبیاری سبز یا استفاده مجدد صنعتی مورد استفاده قرار گیرد. در مناطقی با منابع آب کمیاب یا استانداردهای انتشار دقیق، فناوری MBR به یک رویکرد تکنولوژیکی مهم برای تصفیه و استفاده مجدد فاضلاب پیشرفته تبدیل شده است.