膜分離法是利用特殊的薄膜對液體中的成分進行選擇性分離的技術。用于廢水處理的膜分離技術包括擴散滲析、電滲析、反滲透、超濾、微濾等幾種。跟進膜的種類及其功能和推動力的不同，各種膜分離技術的特征和它們之間也是有區別的。

擴散分離推動力濃度差，用于回收酸、堿等。

電滲析推動力電位差，用于回收酸堿和苦咸水淡化。

超濾推動力壓力差（大），分離小分子溶質，用于海水淡化，去除無機離子或有機物。

超濾推動力壓力差（較大），截留大分子，去除顏料、油漆、微生物等。

微濾推動力壓力差（小），去除微粒、亞微粒和細粒物質。

膜分離法的特點是:在分離過程中，不發生相變化，能量的轉化效率高，一般不需要投加其他物質，這可節省原材料和化學藥品;分離和濃縮同時進行，這樣能回收有價值的物質，可在常溫下進行分離，不會破壞對熱敏感和對熱不穩定的物質，操作及維護方便，易于實現自動化控制。

擴散滲析：擴散滲析是使高濃度溶液中的溶質透過滲析膜向低濃度溶液中遷移的過程。擴散滲析的推動力是滲析膜兩側的濃度差。當膜兩側的濃度達到平衡時，滲析過程即停止進行。簡單方便，能耗較低，但設備投資較高。適用于從高濃度酸液中回收游離酸。

電參析是在直流電場的作用下，利用陰、陽離子交換膜對溶液中陰、陽離子的選擇透過性(即陽膜只允許陽離子通過，陰膜只允許陰離子通過)，使溶液中的溶質與水分離的一種物理化學過程。

反滲透是有一種半透膜，它只允許溶劑通過而不允許溶質通過。如果用這種半透膜將鹽水和淡水或兩種濃度不同的溶液隔開。

超濾又稱超過濾。用于去除廢水中的大分子物質和微粒。溶液被濃縮并以濃縮液形式排出。

微孔過濾是以壓力差為推動力，利用篩網狀過濾介質膜的“篩分”作用進行分離的膜過程，其原理與普通過濾相類似，但過濾微粒的粒徑在0.05 ~15m之間，主要除去微粒、亞微粒和細粒物質，因此又稱為精密過濾。