膜污染指的是在过程中，水中的微粒、杂质、胶体粒子或溶质大分子由于与膜存在物理和化学反应作用引起的在膜表面或膜孔内吸附、沉积造成膜孔径变小或堵塞。膜经过一段时间的运行会发生堵塞，从而引起水通量和产水品质的下降，此时需要对膜进行清洗。引起上述变化的主要原因为浓差极化和膜污染，二者在膜的运行过程中是交替出现的。
浓差极化是指在膜分离过程中，料液中溶剂在压力驱动下透过膜，大分子溶质被截留，于是在膜表面和临近膜面区域浓度越来越高，在浓度梯度作用下，大分子溶质由膜面向主体溶液扩散。上述质量迁移的结果，使邻近膜表面溶液的浓度高于主体进料液中的浓度，这种现象称为浓差极化。
浓差极化的结果增加了进料液的渗透压，从而降低了渗透的有效压力，同时增加了产水浓度，其结果会降低水通量和脱盐率。另外，浓差极化也往往会引起一些难溶盐如CaSO4等在膜上沉淀，由此而使压力损失增加和产生沉淀物对膜的化学作用，加速水通量和脱盐率的下降，可见浓差极化严重影响膜的性能，缩短膜组件的寿命，降低经济效益。作为用户来说，通过采用改善进水水质条件，对于浓差极化对膜性能的影响会有一定的作用。
膜污染是指处理物料中的微粒，胶体离子或溶质大分子由于与膜存在物理化学相互作用或机械作用而引起的在膜表面或膜孔内吸附、沉积造成膜孔径变小或堵塞，使膜产生透过流量与分离特性的不可逆变化现象。它与浓差极化有内在联系，尽管很难区别，但是概念上截然不同。应当说，一旦料液与膜接触，膜污染即开始，由于溶质与膜之间相互作用产生吸附，开始改变膜性能。由于水中含有难溶盐、胶体、微生物、有机物、金属氧化物及其它各种杂质，所以造成膜污染的因素也是这几种。膜工艺中预处理的设置，就是为了减少膜污染的发生。在膜分离过程中，由于纯水不断透过膜并被引出，使膜表面溶质浓度逐渐高于主体溶液中的浓度，当某些盐的浓度达到饱和溶解度时，或者说当某两种离子浓度达到或超过其溶度积时，该种盐类便以固体形式析出。在很多地区的地下水和地表水中，主要成分是Ca2＋和HCO3－，而CaCO3又是几种难溶盐中溶解度较小的一种，因此，在膜分离过程中首先要考虑到是否会产生CaCO3沉淀。在以苦咸水为水源时，Ca2＋和S04－浓度过大时，也会产生硫酸钙沉淀。
防止产生碳酸钙和硫酸钙沉淀的主要方法是：
(1)降低回收率，即降低浓缩倍率，避免达到超过难溶盐的溶度积。 (2)加酸调整PH值，使LangLier饱和指数小于几或者加酸脱气，降低HCO3－浓度，也可以防止CaCO3沉淀。
总之，膜污染的机理是非常复杂的，关系到膜表面化学和水中溶质一溶质、溶质一膜的相互作用机理。目前还没有一个可用于估算膜污染性质和程度的通用规则。膜污染物的特性是与水中污染物间的物理因素、化学因素、微生物因素三者的相互作用密切相关的。它们是相互关联的，并非单一存在，也就是说当其中某一污染趋势形成，必将加速另两种污染的形成，造成膜污染加剧。只有合理设计预处理，才能减小这些污染势的形成。
