膜分离技术是一种新型的分离、净化技术，具有能耗低、分离效率高、操作简单、无二次污染等优点。目前在工业污水处理过程制药废水的特点，使得膜技术得到了更广泛的应用有研究人员利用反渗透膜技术对含有抗生素的制药废水进行回收金霉素，结果显示有着良好的回收效果。该技术为金霉素废水处理另辟了一条出路。还有研究者采用纳滤膜基数对洁霉素废水进行分离回收，实验结果表明，纳滤技术可很好的对洁霉素进行回收，使得后续生物处理过程中减轻了对微生物的抑制作用，保证后续处理过程良好的生化性，该技术可作为洁霉素废水处理的预处理技术。
此外，还有一种膜技术也在制药废水处理中有着广泛的应用，就是膜生物反应器（MBR），既具有膜的分离性能，同时也具有微生物的降解作用。在对其的研究中发现，MBR 有着很好的分离效率，而且出水水质稳定，在运行过程中有着很高的污泥浓度，提高了难降解有机物的处理效果，相对其他处理工艺降低了水利停留时间。在众多的研究中也表明MBR 处理制药废水有着良好的效果，有研究者利用萃取膜生物反应器处理含有3, 4 - 二氯苯胺的制药废水，去除率可达99%。还有研究者采用厌氧膜生物反应器处理COD浓度为25000 mg/L 的制药废水，去除率也可达到90%以上。