半透膜(英语：semipermeable membrane)是一种只给某种分子或离子扩散进出的薄膜，对不同质点的通过具有选择性的薄膜。例如细胞膜、膀胱膜、羊皮纸以及人工制的胶棉薄膜等。现代半透膜还用与多孔性壁（如无釉陶瓷）并使适当的化合物（如铁氰化铜）沉淀于其孔隙中制成。半透膜用于渗透溶胶和测定渗透压强等。生物吸取养分也是通过半透膜进行的。是用高分子材料经过特殊工艺制成的半透膜，它只允许水分子透过，而不允许溶质通过。用高压泵使处于半透膜一侧的原水压力超过渗透压时，原水中的水分子就能够透过半透膜进入另一侧，从而获得纯净水。而原水中的溶解与非溶解的无机盐，重金属离子，有机物，菌体，胶体等物质无法通过半透膜，只能留在浓缩水中被放掉。 反渗透设备广泛应用于医药行业、饮料行业、电子、电力行业等。

补充：半透膜是一种只允许离子和小分子自由通过的膜结构，生物大分子不能自由通过半透膜，其原因是因为半透膜的孔隙的大小比离子和小分子大但比生物大分子如蛋白质和淀粉小。

半透膜在化学中只允许溶液通过，胶体和浊液均不能通过。