Els mòduls de membrana s'utilitzen àmpliament en la indústria moderna i la protecció del medi ambient. El seu valor fonamental rau en utilitzar el principi de la permeació selectiva per aconseguir la separació, purificació i concentració de substàncies. Depenent del material de la membrana i de la mida dels porus, es poden aconseguir diversos processos de separació com ara microfiltració, ultrafiltració, nanofiltració i osmosi inversa, adaptant-se així a una gran varietat d'escenaris d'aplicació.
Tractament d'aigua: els mòduls de membrana són una de les aplicacions més madures. Els sistemes de membrana d'osmosi inversa i ultrafiltració s'utilitzen àmpliament en la purificació d'aigua municipal, la dessalinització d'aigua de mar i la reutilització d'aigües residuals industrials. La tecnologia de separació de membranes pot eliminar de manera eficaç els sòlids en suspensió, els col·loides, la matèria orgànica i fins i tot les sals de l'aigua, millorant així la seguretat de la qualitat de l'aigua i permetent el reciclatge dels recursos hídrics, que és especialment important a les zones-escassas d'aigua.
Aliments i productes biofarmacèutics: els mòduls de membrana s'utilitzen habitualment en processos de separació i purificació. Per exemple, s'utilitzen per concentrar proteïnes en el processament de lactis, per a la filtració de clarificació en la producció de sucs i per a la separació de proteïnes, tractament amb brou de fermentació i filtració asèptica en productes biofarmacèutics. Aquestes aplicacions requereixen una alta precisió de separació i la tecnologia de membrana pot funcionar a baixes temperatures per preservar millor els ingredients actius.
En la indústria i la protecció del medi ambient, els mòduls de membrana també tenen un paper vital. Per exemple, s'utilitzen en la producció química per a la recuperació de dissolvents i la separació de materials, en la galvanoplastia i el tractament d'aigües residuals metal·lúrgiques per a l'eliminació de metalls pesants, i en la separació de gasos per a la captura de diòxid de carboni o la separació d'òxids de nitrogen. Amb les demandes creixents de conservació d'energia i reducció d'emissions, la tecnologia de membranes s'està convertint gradualment en un dels mitjans importants per substituir els processos de separació tradicionals.