Hamilton, som vann i Malaysia förra helgen, slog till med dagens snabbaste tid 1.34,325 i kvällens träningar. På förmiddagen var hans snabbaste tid mer än tre sekunder långsammare. Rosberg, som vann premiären i Australien, klockades för tiden 1.34,690.
Hamilton tror att temperaturväxlingarna kan vålla en del problem för teamen under GP-loppet på söndag.

– Banan var 38–40 grader varm på förmiddagen och på eftermiddagen ett tiotal grader svalare. Man ska inte drabbas av panik utan reagera på förändring. Vi liksom alla hade lite svårt i början med däcken, sade Hamilton.

Ferraris Fernando Alonso, som vunnit tre gånger i Bahrain, var trea i båda sessionerna men klart långsammare än Mercedes-bilarna. Alonsos tid var 1.35,360.
Alonsos stallkompis Kimi Räikkönen hade det svårt. Han var sexa i den första sessionen och i den andra bara 14:e. Räikkönen använde den sista halvtimmen till att testa däck.
Williams Valtteri Bottas körde bara nio varv under dagens andra session och belade 11:e platsen. Han fick ge plats för testföraren Felipe Nasri i första sessionen.

– Vi borde sikta på att komma bland de sex bästa i tidskvalet. Det är möjligt om bara allt går som det ska, sade Bottas inför lördagens kval.