膜分离是利用一张由特殊材料制造的、具有选择透过性能的薄膜，在外力推动下对混合膜分离、提纯、浓缩的一种分离新方法。膜可以是固相、液相或气相。目前使用的分离膜绝大多数是固相膜。
物质透过分离膜的能力可以分为两类：一种借助外界能量，物质发生由低位向高位的流力；另一种是以化学位差为推动力，物质发生由高位向低位的流动。表1列出一些主要膜分离过程的特性及分离的驱动力。
过程 | 主要功能 | 膜材料 | 驱动力 |
微滤（MF） | 滤除≥50nm的颗粒 | 对称细孔，高分子膜，孔径0.03~10nm | 压力差 |
超滤（UF） | 滤除5~100nm的颗粒 | 非对称结构的多孔，孔径1~20nm | |
反渗透（RO） | 水溶液中溶解盐类的脱除 | 中空纤维，第三代复合膜 | |
气体分离（GP） | 混合气体的分离 | 硅橡胶、聚砜、聚酰亚胺等非对称膜 | |
渗析（透析）（D） | 水溶液中无机酸、盐的脱除 | 强碱性离子交换膜、聚乙烯醇中性膜 | 浓度差 |
电渗析（ED） | 水溶液中酸、碱、盐的脱除 | 阴阳离子交换膜 | 电位差 |
渗透汽化（PV） | 水-有机物的分离 | 聚乙烯醇等由皮层和多孔支撑结构层构成的复合膜 | 浓度差（分压差） |
液膜（L） | 盐、生理活性物质的分离 | 液体保存在对称或者非对称多孔膜的孔中 | 浓度差加化学反应 |
表1 主要膜分离过程的特性及分离的驱动力
不同的分离任务应采用不同的分离工艺和不同的膜材料。膜材料研究的不断发展使膜分离的应用领域日益扩大。图1为各种膜分离方法能够截留的物质种类和截留物的分子量。
图1 各种反渗透膜的截留区段
1963年G.Hock和B.Kok首先报道了在光合成气体的研究中采用膜与质谱结合测定了水样中的溶解气体，而后相继出现了膜分离技术作为气相色谱与质谱的接口、膜引进质谱、膜气相色谱质谱、膜-微捕集-质谱、膜萃取-气相色谱等技术和分析方法，并在分析仪器市场出现膜直接进样装置、膜萃取-微捕集串联装置、膜-质谱联用仪器等。使膜分离技术在环境保护和监控监测、生物分析、材料分析、工业卫生调查与评价、食品分析、医疗诊断、化妆品和香料分析、商品检验等行业得到应用。20世纪90年代的膜引进质谱技术产品，其中膜分离模块替代了气相色谱部分，并直接与质谱仪的离子源连接，该装置用于空气中挥发性有机污染物分析具有简便、灵敏、低成本、可在线检测等优点。