用膜分離液體中雜質的水處理方法。分離的雜質有離子、分子、膠粒、細菌、病毒等。在水處理中主要用於分離水和溶解物質，例如給水處理中的軟化和除鹽(見咸水淡化)，廢水處理中的水回收或物資回收。膜分離法可在室溫、無相變條件下進行，具有廣泛的適用性。應用於給水和廢水處理的膜分離法見表。
膜分離方法滲析也稱透析、擴散滲析。依靠擴散現象分離水中的膠體粒子、大分子或離子的膜分離過程。常用纖維素類隔膜，可以精制溶膠。溶膠中的雜質（分子、離子）可擴散滲過隔膜，而膠體粒子不能。同樣，也可以分離大分子和小分子。使用離子交換膜時，可以分離水中的某些離子；例如借陰離子交換膜，可用滲析法回收酸洗廢水中的硫酸。由於物質的轉移是擴散造成的，當膜兩側液相中轉移物質的濃度相等後，轉移即終止。因此分離是不徹底的。同時，處理量一般也是有限的。
電滲析由離子交換膜對溶液中離子的選擇透過性發展而成的膜分離法。
超濾和反滲透所截留的粒子大小並無嚴格的劃分界限。前者在15～200埃范圍內，而後者在10埃以下。它們雖然都是利用壓力差為推動力，但超濾的操作壓差一般在0.5兆帕以下，反滲透的操作壓差一般為2～4兆帕。對於海水和其他高濃度溶液，操作壓差可達到5.4～8兆帕。