膜分离技术在食品工业中的应用不仅改革了传统加工工艺，简化操作，降低成本，而且提高了产品的质量，增加了产品的品种。目前，膜分离技术已广泛应用于乳制品、豆制品的加工、果蔬汁的澄清及浓缩、卵蛋白的浓缩以及食糖工业、淀粉加工业、动物屠宰加工业等多方面。
利用膜分离对牛初乳的加工工艺进行改进，使用微滤膜进行除菌、纳滤膜进行浓缩，克服了传统工艺中杀菌时造成脂肪被氧化，产生异味的缺陷，浓缩过程除去50%的水分，大大降低了冷冻干燥工序中的能耗，符合建设节约型社会的理念。由于采用膜技术进行“冷杀菌”，低温浓缩，降低了热敏性成分的分解，提高了产品的品质。
传统的番茄汁浓缩采用真空加热蒸发浓缩法，但该法固定资产投资大，生产运行能耗高，且极易导致产品风味和色泽的损失。若将膜分离技术与蒸发浓缩相结合，即首先使用膜分离技术对番茄汁进行预浓缩处理，然后再蒸发浓缩至所需的浓度，这种方法是缩短蒸发器浓缩时间，降低设备投资及生产成本，提高产品质量与产量的较好途径。
在茶饮料工业中，先对茶饮料进行超滤澄清，然后用反渗透浓缩茶汁，采用这种先进的膜浓缩工艺生产的茶浓缩汁，其茶多酚、氨基酸、儿茶素、咖啡碱和碳水化合物的保留量明显提高，而浓缩汁的蛋白质和果胶含量明显下降。采用超滤和反渗透不仅能提高茶汁的有效成分，而且不易产生浑浊和沉淀，膜浓缩汁的澄清透明度明显高于前者，更好地保持了原茶的色香味品质。
