膜分离法是利用特殊的薄膜对液体中的成分进行选择性分离的技术。用于废水处理的膜分离技术包括扩散渗析、电渗析、反渗透、超滤、微滤等几种。跟进膜的种类及其功能和推动力的不同，各种膜分离技术的特征和它们之间也是有区别的。

扩散分离推动力浓度差，用于回收酸、碱等。

电渗析推动力电位差，用于回收酸碱和苦咸水淡化。

超滤推动力压力差（大），分离小分子溶质，用于海水淡化，去除无机离子或有机物。

超滤推动力压力差（较大），截留大分子，去除颜料、油漆、微生物等。

微滤推动力压力差（小），去除微粒、亚微粒和细粒物质。

膜分离法的特点是:在分离过程中，不发生相变化，能量的转化效率高，一般不需要投加其他物质，这可节省原材料和化学药品;分离和浓缩同时进行，这样能回收有价值的物质，可在常温下进行分离，不会破坏对热敏感和对热不稳定的物质，操作及维护方便，易于实现自动化控制。

扩散渗析：扩散渗析是使高浓度溶液中的溶质透过渗析膜向低浓度溶液中迁移的过程。扩散渗析的推动力是渗析膜两侧的浓度差。当膜两侧的浓度达到平衡时，渗析过程即停止进行。简单方便，能耗较低，但设备投资较高。适用于从高浓度酸液中回收游离酸。

电参析是在直流电场的作用下，利用阴、阳离子交换膜对溶液中阴、阳离子的选择透过性(即阳膜只允许阳离子通过，阴膜只允许阴离子通过)，使溶液中的溶质与水分离的一种物理化学过程。

反渗透是有一种半透膜，它只允许溶剂通过而不允许溶质通过。如果用这种半透膜将盐水和淡水或两种浓度不同的溶液隔开。

超滤又称超过滤。用于去除废水中的大分子物质和微粒。溶液被浓缩并以浓缩液形式排出。

微孔过滤是以压力差为推动力，利用筛网状过滤介质膜的“筛分”作用进行分离的膜过程，其原理与普通过滤相类似，但过滤微粒的粒径在0.05 ~15m之间，主要除去微粒、亚微粒和细粒物质，因此又称为精密过滤。