Công nghệ xử lý nước thải MBR là sự kết hợp của cả phương pháp sinh học và lý học. Mỗi đơn vị MBR trong bể xử lý nước thải được cấu tạo gồm nhiều sợi rỗng liên kết với nhau, mỗi sợi rỗng lại cấu tạo giống như một màng lọc với các lỗ lọc rất nhỏ mà một số vi sinh không có khả năng xuyên qua giúp. Điều này giúp loại bỏ các loại vi sinh trong nước thải mà không cần quá trình khử trùng thông thường.

Cơ chế hoạt động của vi sinh vật trong công nghệ MBR cũng tương tự như bể bùn hoạt tính hiếu khí nhưng thay vì tách bùn sinh học bằng công nghệ lắng thì công nghệ MBR lại tách bằng màng.

Vì kích thước lỗ màng MBR rất nhỏ (0.01 ~ 0.2 µm) nên bùn sinh học sẽ được giữ lại trong bể, giúp duy trì mật độ vi sinh cao làm hiệu suất xử lý tăng và tiết kiệm diện tích xây dựng hệ thống xử lý nước thải lên đến 50%. Nước sạch sẽ bơm hút sang bể chứa và thoát ra ngoài mà không cần qua bể lắng, lọc và khử trùng