超滤法处理乳化液废水主要是利用油水分子大小的显著差异，采取错流过滤方式对油水进行过滤，水分子小于孔隙而透过超滤膜， 油分子大于孔隙不能透过超滤膜，从而实现油水分离。对于乳化液废水的处理，超滤法早期采用有机膜，但由于有机膜成本太高，且不耐高温、机械强度低、容易水解等，故以陶瓷膜为代表的无机膜迅速占领了市场。处理乳化
液废水时， 超滤系统运行的稳定性、对乳化液变化的适应性、操作管理及处理成本等均优于氧化法，因此在乳化液废水处理领域得到较广泛的应用。为解决超滤膜存在的膜通量下降过快及膜易污染的问题，赵伟等研究了运行参数对超滤系统的影响。通过控制运行温度为（60±5） ℃，pH 为9~11，以及在每个运行周期进行碱洗， 每3 个运行周期进行酸洗操作，取得了理想的效果。P. Janknecht 等对比了14种不同孔径的超滤膜和微滤膜对工业切削乳化液废水的处理效果， 最后通过试验确定了适合处理切削乳化液废水的滤膜。
目前超滤法研究多集中在组合工艺的使用上。Shu Li 等将超声波技术用于超滤法处理乳化液废水， 不仅大大提高污染物去除率， 而且可提高膜通量、减少膜污染。I. S. Chang 等则将超滤与高级氧化联用处理汽车配件厂乳化液废水， 超滤过程中未渗透的油可进行回用， 渗透的液体经臭氧氧化处理后可作为回用水。