由于分离膜具有选择透过的特性，所以它可以使混合物质有的通过、有的留下。分离膜之所以能使混在一起的物质分开，基于两个方面的原理：

（1）根据它们物理性质的不同 主要是质量、体积大小和几何形态差异，用过筛的办法将其分离。

（2）根据混合物的不同化学性质 物质通过分离膜的速度取决于以下两个步骤的速度：首先是与膜表面接触的混合物进入膜内的速度（称溶解速度）；其次是进入膜内后从膜的表面扩散到膜的另一表面的速度。二者之和为总速度。总速度愈大，透过膜所需的时间愈短；总速度愈小，透过时间愈长。溶解速度完全取决于被分离物与膜材料之间化学性质的差异；扩散速度除化学性质外还与物质的分子量有关。混合物中各物质透过的总速度相差愈大，则分离效率愈高；若总速度相等，则无分离效率可言。

但是，由于膜分离的过程不同，它们的分离机理也不完全相同。各种主要水处理过程的膜分离机理如下表所示。

各种主要水处理过程的膜分离机理

①分离体系中L表示液相，G表示气相或蒸气。