膜分离技术在食品工业中扮演着重要的角色，由于它的无相变、节能及在常温下分离等特点，一经引入食品工业就受到关注并取得不凡业绩。它简化了传统食品加工工艺；避免了食品加工中的热过程，高度保持了食品中的色、香、味及各种营养成分；降低和解决了污染物的排放，并使有效成分得以综合利用和回收；它既可脱盐、脱除有害物质和细菌，又可防止沉淀物的产生，所有这些先进之处都是其他加工方式无法相比的。
在发酵和生物工程领域应用膜分离技术较为广泛的酶制剂，几乎所有的微生物酶、动物酶、植物酶都用超滤来进行浓缩和精制，可将酶浓缩10倍，纯度从20%左右提高到90%以上。另一项用得比较成功的是生物胶—黄原胶的提纯浓缩，超滤可去除黄原胶中的色素和蛋白质，并将黄原胶浓度从3%浓缩到9%左右。
在动、植物蛋白加工中典型的是鸡蛋清和全蛋的浓缩。用反渗透进行蛋清的浓缩，固含量可从12%提高到20%，而用超滤技术浓缩全蛋固含量可从24%提高到42%。这在生产蛋清粉和全蛋粉的工艺中是惟一可降低能耗、提高喷雾塔产量的浓缩方法。
在各种食用胶的加工中主要有果胶、明胶和角叉菜胶等，超滤可将果胶和角叉菜胶浓缩至固含量3%以上，而明胶则可浓缩至15%左右。
乳品工业中的膜技术是应用早而且规模大的领域。超滤和反渗透主要用于脱脂牛奶的浓缩和从干酪乳清中回收乳糖和乳清蛋白。近几年来，又用微孔陶瓷膜与巴氏灭菌相结合，使屋型奶的保质期从2周延长至1个月。
