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膜技术正处于发展阶段，无论是在理论上还是在实践上都有大量研发工作要做。尤其在以下几个方面。
（1）继续完善已经工业化应用的膜技术，进一步提高膜产品性能及降低成本，扩大应用领域，加强“工程化”“自动化”。
（2）解决正在发展中的膜科学与技术理论、技术及工程问题，尽快推动新型膜技术的产业化应用。
（3）开发新型膜材料，加强膜材料的“功能化”“超薄化”“活化”研究。
（4）加强膜过程与其他分离过程的集成工艺研究和推广应用。
（1）利用新材料制备高性能分离膜
利用碳纳米管、石墨烯等新材料制备高性能分离膜已受到广泛关注。
（2）开发具有特殊功能的膜材料
具有生物膜功能的仿生膜材料；对环境进行感知、响应并能根据环境变化自动改变自身状态和做出反应的环境响应的智能膜材料；控制释放膜、自组装膜、有序多孔膜等功能膜材料。
（3）通过在分子层面上的预先设计，制备特定结构的膜
通过自组装、离子溅射、原子沉积等方法，制备超薄膜以及具有规整孔结构的膜。图2.38是电子显微镜拍出的具有规整孔结构的膜照片，其放大倍数为20000倍。
图2.38 具有规整孔结构的膜材料
（1）仿生膜
生物膜是生物体中最基本的结构之一，主要由蛋白质、磷脂、糖、核酸和水等物质组成。生物膜经过长期的进化，形成了近乎完美的结构，具有许多独特的功能。目前，要实现人工完全复制生物膜尚不现实。然而，可以通过对天然生物膜进行仿生研究，充分了解其结构特征和生命功能，设计和制备与其结构和功能相似的仿生膜。
某些通过化学合成制备的仿生膜与某些生物活性物质具有相容性，能够识别某些特定的生物活性分子，因而可以作为这些生物活性分子的分离膜。比如，磷脂改性高分子聚合膜可以用于分离蛋白质等生物活性物质；利用磷脂的分子识别功能，在膜材料上引入能够识别特定的蛋白酶的磷脂分子，就可以将蛋白酶固定在分离膜表面上，制成集反应和分离功能于一体的“仿生膜生物反应器”；如果将能够识别海洛因、吗啡等毒品的磷脂分子引入分离膜中，用于血液透析，可以有效地脱除血液中的上瘾物质，提高戒毒的成功率。
（2）智能膜
智能膜是智能材料的一种，它的特性可随环境和空间而变化，感知和响应外界物理和化学信号，且具有特殊功能。例如，以生物膜为仿生原型，从分子水平设计的具有仿生脱盐功能的离子通道膜，以及具有环境响应性和分子或离子识别特性的仿生智能膜，实现离子通道脱盐和环境响应调控智能膜过程。
智能膜按照其结构来分类，可以分为开关型和整体型智能膜。开关型智能膜，是将具有环境刺激响应特性的智能高分子材料，固定在多孔基材膜上，使膜孔大小或膜的渗透性可以根据环境信息的变化而改变，起到智能“开关”的作用。整体型智能膜，是将具有环境刺激响应特性的智能高分子材料直接做成的膜。
根据智能膜环境刺激响应因素的特性，可以将智能膜分为温度响应型（图2.39）、pH响应型、离子强度响应型、光照响应型、电场响应型、葡萄糖浓度响应型以及分子识别响应型等不同类型。
pH响应型膜材料在弱酸性条件下（pH值6~6.5）可插入细胞膜形成跨细胞膜螺旋，通过利用肿瘤细胞外环境呈弱酸性的条件，可以实现肿瘤细胞的靶向给药，因此它在肿瘤治疗领域具有非常好的应用前景。
智能膜在控制释放、化学分离、生物分离、化学传感器、人工细胞、人工脏器、水处理等许多领域具有重要的潜在应用价值，被认为是21世纪膜科学与技术领域的重要发展方向之一。
图2.39 温度响应型智能膜示意图
（3）碳纳米管膜
碳纳米管被誉为“纳米之王”，由于其特殊的机械性能、光学性能和电子性能而受到关注。碳纳米管具有规整的孔道结构，有实验研究发现，水可以快速地通过碳纳米管，因此在反渗透中使用碳纳米管膜可以在有效截留离子的前提下，实现比普通膜高数倍的水通过速率。图2.40为碳纳米管通道结构示意图。
图2.40 碳纳米管膜及通道结构
任何一种技术都不是万能的，都有一定的局限性。因此在解决一些复杂的分离问题时，往往需要将几种膜分离技术组合来用，或者将膜分离技术与其他分离方法，甚至反应过程结合起来，扬长避短，以求最佳效果。将几种膜分离过程联合应用，被称为“集成”（integrated），将膜分离与其他分离技术组合应用，被称为“耦合”。一般统称为集成膜过程。例如，膜分离与蒸发结合的集成过程，膜分离与冷冻结合的集成过程，膜分离与离子交换树脂法结合的集成过程，膜分离与精馏结合的集成过程，膜分离与催化反应结合的集成过程等。