與其他傳統分離工程相比，反滲透分離過程有其獨特的優勢：（1）壓力是反滲透分離過程的主動力，不經過能量密集交換的相變，能耗低；（2）反滲透不需要大量的沉淀劑和吸附劑，運行成本低；（3）反滲透分離工程設計和操作簡單，建設周期短；（4）反滲透凈化效率高，環境友好。因此，反滲透技術在生活和工業水處理中已有廣泛應用，如海水和苦咸水淡化、醫用和工業用水的生產、純水和超純水的制備、工業廢水處理、食品加工濃縮、氣體分離等。
海水和苦咸水淡化
20世紀60年代以來，反滲透脫鹽已成為一種獲取飲用水的重要途徑，是解決淡水資源緊缺的一種有效方法。反滲透脫鹽技術主要應用在兩個方面：海水淡化和苦咸水脫鹽。
全世界海水淡化裝置中約有30%是利用反滲透技術實現的，通過反滲透膜可除去海水中99%以上的鹽離子， [2] 得到可飲用的淡水。以色列的反滲透海水淡化技術比較良好，2005年阿什克倫建造了當時世界上zui大的反滲透海水淡化裝置，產水量為3.3×105m3·d-1，占到以色列全部水需求量的15%，產水成本約為0.53美元·m-3。我國zui大的反滲透海水淡化站位于大連市長海縣。
苦咸水在我國北方地區分布較為廣泛，含鹽離子較多，可通過反滲透技術進行除鹽淡化處理，達到飲用水標準。馬蓮河流域示范工程利用馬蓮河上游環江苦咸水資源，采用反滲透膜技術，建立1000m3·d-1苦咸水淡化工程，出水水質達到國家生活飲用水衛生標準，有效解決了環縣城區5萬居民飲水問題。何緒文、姚永毅、孫魏等均對苦咸水進行過反滲透處理的實驗研究，系統脫鹽率>95%，出水水質優于國家飲用水標準。
海水和苦咸水淡化是反滲透技術的傳統應用領域，存在的問題仍然是操作壓力偏高，能耗較大，另外海水中的Cl-對反滲透膜也有較大的污染，阻礙了反滲透技術在該領域的進一步推廣。低壓、低能耗、抗污染、抗氧化的反滲透膜正在積極的研發之中，以便從根本上解決現在存在的問題。
純水和超純水的制備
反滲透+混床水處理技術改進了原來的全離子交換制水工藝，運行期間，產水增加，水質改善，大幅度降低了制水成本。此外，許多科研人員均對反滲透+電去離子法制取純水進行了實驗研究，達到了預期結果，證實了反滲透+電去離子法制取高純水的可行性。通過控制反滲透的級數可制取不同純度脫鹽水。隨著反滲透級數的增加，脫鹽水的純度提高，但是出水量減少，水利用率降低，因此，反滲透裝置連用一般不會超過二級，通常將反滲透與電去離子技術聯用，不僅克服了反滲透出水不能除鹽的不足，還可以提高電去離子裝置的進水水質，防止電去離子設備損壞，提高整體凈水效果。
工業廢水處理
工業廢水處理是除脫鹽和純水的制備領域外，反滲透技術應用zui多的一個領域。工業廢水處理具有降低生產成本，保護環境，實現廢水資源化等多重意義。由于反滲透膜對進水要求較高，運用反滲透技術對廢水進行深度處理時，往往還要結合沉降、混凝、微濾、超濾、活性炭吸收、pH調節等預處理工藝。
重金屬廢水處理
反滲透技術在重金屬廢水處理中應用較早，國內外均對此進行了大量的研究。早在20世紀70年代，反滲透技術已經在電鍍廢水處理中有所應用，主要是大規模用于鍍鎳、鉻、鋅漂洗水和混合重金屬廢水的處理。
膜分離技術濃縮電鍍鎳漂洗水，鎳離子的截留率大于99%，經一級納濾和兩級反滲透濃縮后，濃縮液中鎳離子濃度達到50g·L-1，透過液可經處理后再次回用。張連凱對印制電路板加工酸洗車間產生的重金屬廢水調節pH至中性后采用超濾+反滲透工藝進行中試，反滲透系統對Cu2+和溶解性總固體的去除率分別為99.9%和98.9%。
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