气体分离膜是发展很快的一项新技术。不同的高分子膜对不同种类的气体分子的透过率和选择性不同，因而可以从气体混合物中选择分离某种气体。如从空气中收集氧，从合成氨尾气中回收氢，从石油裂解的混合气中分离氢、一氧化碳等。

美国洛杉矶加州大学的化学家用一种叫做聚苯胺的能导电的有机材料製作出一种薄膜。这种聚合物能掺入带电的原子，利用掺杂剂的含量来改变薄膜的渗透性。在通过这种薄膜时，氧比氮快，二氧化碳比甲烷快，氢比氮更快，因此用这种薄膜製取的氧气和氮气成本低。它们还可能用于消除汽车和工业排出废气中的污染物。气体分离膜的研究主要集中在富氧膜。作为富氧膜的高分子，要求兼具高透过性和高选择性。美国通用电器公司採用聚碳酸酯和有机硅的共聚物作为分离膜，经过一级分离就可获得40%富氧的空气。若以富氧的空气代替普通空气，将大大提高各种燃烧装置的效率，并可减少公害。国外还在开发一种水下呼吸器，它是一种直接从海水中提取溶解氧的潜水装置。

当气体中VOCs污染物浓度很高(10000ppm)时，膜分离法是一种有效可行的排放控制方式。去除气体中VOCs的膜分离工艺通常由压缩冷凝和膜分离等操作组成。气体加压冷凝后的排气进人膜分离组件，在此，那些未冷凝的有机气体通过半透膜分离，这些特殊设计的半透膜对VOCs蒸气的透过性要好于空气10-100倍，最终分离成的气量很小的浓集气回流到系统人口重新压缩冷凝净化，而气量很大的净化气排放。

膜分离方法可用于处理很多类型的污染物，包括苯、甲苯、二甲苯、甲基乙基酮、三氯甲烷、三氯乙烯、澳代甲烷、二氯甲烷、氯乙烯等。膜分离工艺最有希望的套用之处是用于净化那些冷凝和活性炭吸附效果不好的低沸点有机物和氯代有机物。其优于炭吸附之处在于省去了解吸和浓缩气进一步处理的麻烦。这项技术最初套用于浓度1%以上气量小于350m/h场合，并希望能套用于更宽的VOC_S浓度和气量範围。