膜分离方法是以天然或人工合成的高分子薄膜，以外界的能量或化学位差为推动力，对双组分或多组分的溶质和溶剂进行分离、分级、提纯和富集的方法。自问世以来得到了广泛 的应用 ，但研究 和应用 都是在水处理领域。目前常见的膜分离过程主要包括微滤、超滤、纳滤、电渗析、反渗透等。不同的膜分离有着不同的分离机理和适用范围。
超滤和微滤(UF&MF)
超滤和微滤可截流水中绝大部分的悬浮物、胶体和细菌，可替代传统水处理工艺。世界上已建成了4O多个采用微滤技术的自来水厂，以欧美和澳洲为主。H．Oosterom，G．Galjaard等人的实验表明直接使用微滤或超滤处理地表水时膜的污染相当严重，建议对原水进行预处理。
城市污水是的可再生利用的水源之一，用超滤技术处理过滤后的城市污水，可进一步降低水的浊度、色度及有机物，其出水可作为循环冷却水水源。微滤和超滤亦可作为反渗透、纳滤前处理手段。
纳滤(NF)
纳滤膜对一价阴离子的截流率很低，对多价阴离子的截流率则高的多，在给水处理中适用于硬度、有机物含量高，浊度低的原水。纳滤膜用于脱除水中的三卤甲烷中间体THM、低分子有机物、色素、农药、异味物、重金属盐和易结垢的硫酸盐、碳酸盐等。美国已有4O万m3／d的纳滤膜装置在运转。大的一套装置在佛罗里达州，规模3．8万m3／d。法国巴黎的Mery Sur Qise水厂，产水量l4万rn3／d，是世界大的纳滤膜分离净水厂。
将纳滤用于反渗透的前处理，可降低进入反渗透膜组件的海水盐度，为提高海水淡化回收率创造条件。使用纳滤处理电镀工业清洗水，可使cu，Cd，Ni，Fe等浓缩lO倍，并能回收9O 以上的废水。
反渗透(RO)
反渗透作为既能脱盐又可去除有机物、微粒、胶体物质等的综合手段，有一定的性，在给水领域广泛用于海水和苦咸水淡化，超纯水和纯净水生产、以及锅炉水软化。反渗透技术已成为淡化技术的主要方法和主攻方向。至1995年12月，反渗透淡化工厂产水量达到7．3×104m/d，占总淡化量的35%，当年世界市场的88%，美国电子工业已有90％以上使用反渗透和离子交换树脂结合的工艺生产超纯水。
反渗透也用于城市污水深度处理。1993年至1995年，干叶县花见川下水处理场使用反渗透膜技术的大型试验装置实现了自动连续运行 ， 反渗透膜出水的水质达到了自来水的标准。
电渗析(ED)
电渗析技术首先用于苦咸水淡化，而后逐渐扩展到海水淡化及制取饮用水和工业纯水。电渗析与反渗透、纳滤等精过滤技术的结合，可用于电子、制药等行业的高纯水制备。
膜分离技术在水处理中的主要方向为饮用水的制取、工业用水中物质的回收与水资源再利用、工业废水的治理等。膜分离技术目前存在的问题主要是膜污染以及膜材料价格偏高，使用寿命相对较短。这在一定程度上限制了该技术的大规模应用。随着膜分离技术的发展，各种新型膜材料的问世，这些问题都将会得到解决，膜分离技术在水处理领域将会发挥越来越大的作用。