膜分离技术是利用隔膜的选择透过性使溶剂同溶质或微粒分离和提纯的技术它包括微滤(MF)、反渗透(RO)、超滤(UF)、电渗析(EO)和纳滤(NF)。膜分离技术以其高效、节能、投资少、污染小的优点在近几年发展迅速。现国内外已开发出微孔无机陶瓷膜、中空纤维超滤膜、金属材料倒膜、无孔均匀膜、超频振动膜、吸附扩散膜、液膜，还有一些有机聚合材料膜。
1生物方法与膜分离相结合的技术：胜利油田建立了生化除油与金属膜过滤相结合的工艺，生化处理中细菌降解作用可有效去除废水中的油，避免膜过滤时造成油对生物膜的污染堵塞。
2管式超滤膜技术：管式超滤膜技术采用特种菌生化+Berghof管式膜相结合的工艺，特种菌可去除油等有机物。管式超滤膜采用高速交叉流过滤技术，污染物不宜在膜表面结存，不易造成膜污染，而且膜分离效率非常高。目前，该技术已在腰英台油田的回注水处理工程中成功应用，产水水质达到低渗透油田回注标准。具体联系污水宝或参见http://www.dowater.com更多相关技术文档。
3.中空纤维超滤膜：中空纤维超滤膜可有效截留水中的悬浮物、颗粒物、细菌、致病原生动物等。榆树林油田废水处理采用曝气+涡凹气浮+砂滤+PVC中空纤维超滤膜工艺。王静荣等采用不同材料的中空纤维超滤膜对含油污水进行小试并得出温度在55℃以上，进口压力为0.16MPa，出口压力为0.08MPa，含油水水通量达15～25mL/cm2·h为最适宜操作条件。目前上海宝钢采用灌装膜的大型超滤设备来处理乳化油废水。
4超频振动膜过滤技术：超频振动膜过滤技术出现使膜技术工业化应用产生质的飞跃。振动膜表面产生正弦切力能够使沉积在膜表面的物质返回到料液中去，保持较高的过滤通量，可有效抵抗膜污染
5.过滤器与过滤罐技术：过滤器与过滤罐技术包括多层滤料过滤技术，双向过滤技术，移动床过滤技术等。该技术有过滤速度高，处理水质好，操作方便等优点，主要用于处理地面水和地下水中的悬浮物。由于双向过滤技术净化水质不能实现稳定达标，近年来国内低渗透油田回注水处理主要研究的是精细过滤器。它主要包括纤维球过滤器，双滤料过滤器，中空纤维过滤器，微孔过滤器，陶瓷膜过滤器等。