以液膜為分離介質，以濃度差為推動力的膜分離操作。通常把含有被分離組分的料液作為連續相，稱為外相；接受被分離組分的液體稱為內相；內相包在與外相不互溶的另一液相形成的微滴內，此液相稱為膜相（見圖）。被分離組分選擇性地通過膜相進入內相，實現瞭液膜分離。液膜分離也常劃歸萃取過程，膜相為萃取劑，內相為反萃液，液膜分離實質上是萃取與反萃過程的耦合。由於萃取劑用量很少，故可顯著節省能耗。液膜萃取是黎念之在1968年發現的分離技術。首先把反萃液與萃取劑充分乳化制成油包水型乳液，再分散在水相料液中進行膜分離。由於液滴中內相的直徑隻為幾微米，液滴直徑隻0.1～1毫米，故單位體積的膜面積很大，而膜的厚度很小，隻1～10微米，故傳質速率極快。此項技術在工業中實用的關鍵是：①乳液的穩定性，影響穩定性的因素主要為所用的表面活性劑和用量。②乳液的分離和內相與膜相的分離，這種分離操作稱為破乳。已研究過多種破乳的方法，包括沉降分離、離心分離、超聲波分離、高壓電場促使微液滴凝聚、加入破乳劑破壞液滴的穩定性等。已證明高壓電場分離的效率可能最高。還有一類液膜分離是在固體微濾膜上的微孔中浸漬有萃取劑，形成支撐液膜，在固體膜兩側通入料液和反萃液，被分離組分先被萃入支撐液膜中，再進入反萃液中，實現萃取和反萃的耦合。但支撐液膜易流失是尚未很好解決的問題。

乳化液膜示意圖

　　利用液膜分離石油化工產品如芳烴、烷烴，效率都很高；分離有色金屬、稀土金屬以及廢水中有毒金屬離子的分離都取得良好的效果，也建有生產裝置。利用液膜分離氣體比用固體膜的效率高。用碳酸鈉溶液為液膜可分離二氧化碳，用含銅(Ⅱ)離子溶液的液膜可以分離一氧化碳，在生物下遊工程中可用乳化液膜分離氨基酸等。但由於尚未徹底解決液膜的穩定性和高效破乳的問題，妨礙瞭此項技術在工業上大規模使用。