膜分離是利用物質透過一層特殊膜的速度差進行分離、濃縮脫鹽的一種分離過程。這一層特殊的膜可以是固體，亦可以是固定化的液體或溶脹的凝膠，它具有特殊的結果和性能。這些特殊的結構和性能使其具有對物質的選擇透過性，因此在過程進行時，不同于其它物理化學過程。在膜分離過程中不伴隨相變，不用加熱，可節(jié)約能源，投資省，且設備結構緊湊，效能高，占地面積小，操作穩(wěn)定，適宜連續(xù)化生產，有利于實現自動控制。
        根據膜的種類、功能和過程推動力的不同，工業(yè)化應用的膜分離過程有電滲析（ED）、反滲透（RO）、微濾（MF）、超濾（UF）、納濾（NF）等。膜分離技術發(fā)展很快，逐步應用于廢水處理各個領域。

一、電滲析
電滲析法的工作原理主要是膜室之間的離子遷移，也有電極反應。電滲析的關鍵部件是離子交換膜，它的性能對電滲析效果影響較大。廢水成分復雜，所含的酸、堿、氧化物等物質對膜有損害作用，離子交換膜應具有抵抗這種損害的性能。
電滲析法適用于廢水的脫鹽處理，不適用非電離分子去除。單級電滲析器出水的含鹽量一般高于300mg/L。要得到較好的出水水質，需采用電滲析器串聯系統(tǒng)。電滲析多用于廢水深度處理。
二、超濾
超濾（UF）是一種以膜兩側壓差為推動力，以機械篩分原理為基礎理論的溶液分離過程。超濾過程在本質上是一種篩濾過程。首先，超濾膜的選擇透過性主要是因為膜上具有一定大小和形狀的孔，其孔隙大小是主要的控制因素。溶質能否被膜孔截留取決于溶質粒子的大小、形狀、柔韌性以及操作條件等。其次，膜表面的化學性質也是影響超濾分離的重要因素。超濾膜的微孔孔徑在2～5nm，超濾法所需的傳質驅動力（凈水壓力差）為50～1000kPa。在廢水處理中，超濾法主要用于分離溶解性有機物。
三、納濾
納濾膜比反滲透膜的孔大，因而操作壓力低，脫鹽率也低。納濾是為了適應多種工業(yè)的需求，降低反滲透工作壓力而出現的一種介于反滲透和超濾之間的膜。
四、反滲透
反滲透是一種以壓力作為推動力，通過選擇性膜，將溶液中的溶劑和溶質分離的技術。實現反滲透過程必須具備兩個條件：一是必須有一種高選擇性和高透水性的半透膜；二是操作壓力必須高于溶液的滲透壓。