廣泛應用於海水淡化、食品濃縮、廢水處理、富氧空氣制備、醫用超純水制造、人工腎及人工肺裝置、藥物的緩釋等方面。
各種高分子分離膜廣泛用於核燃料及金屬提煉，氣體及烴類分離，海水及苦鹹水淡化，純水及超純水制備，環境保護和汙水處理等。
對近沸點混合物、***沸混合物、異構體混合物等難以分離的混合物體系，以及某些熱敏性物質，能夠實現有效的分離。采用反滲透法進行海水淡化所需能量僅為冷凍法的1/2，蒸發法的1/17，操作簡單，成該低廉。因此，反滲透法有逐漸取代多級閃蒸法的趨勢。膜分離用於濃縮天然果汁、乳制品加工、釀酒等食品工業中，因無需加熱，可保持食品原有的風味。采用高分子富氧膜能簡便地獲得富氧空氣，以用於醫療。還可用於制備電子工業用超純水和無菌醫藥用超純水。用分離膜裝配的人工腎、人工肺，能凈化血液，治療腎功能不全患者以及作手術用人工心肺機中的氧合器等。80年代以來，高分子分離膜正在向高效率、高選擇性、功能復合化及形式多樣化的方向發展。不對稱膜和復合膜的制備以及聚合物材料的超薄膜化等的研究十分活躍。膜分離技術在新能源、生物工程、化工新技術等方面已顯示出它的潛力。