渗透汽化膜的分离机理主要是溶解 - 扩散过程，其是利用致密聚合物膜分离液体混合物的组分并溶解扩散性质的膜技术。

实际上，渗透汽化膜传质过程分为三个部分：

（1）小分子在侧膜表面渗透溶解； 

（2）在梯度作用下通过膜扩散； 

（3）渗透侧膜表面的蒸发。

在典型的操作环境中，第三步（汽化过程）非常快并且对整个传质过程几乎没有影响，而**步（溶解过程）和第二步（扩散过程）不仅取决于聚合物薄膜。性质和状态也与渗透分子的性质，渗透分子之间以及渗透分子和聚合物材料之间的相互作用密切相关。因此，渗透汽化膜蒸发过程实际上是溶解 - 扩散过程的研究。

将待分离的有机混合物加热至一定温度后，在常压下将其与渗透蒸发膜一侧的膜接触，并将膜的另一侧（下游侧）抽空或载气被吹扫以保持低压。因此，渗透组分在膜的两侧上的蒸气分压差（或化学梯度）下溶解并扩散通过膜，并在膜的渗透物侧表面上蒸发，并且蒸汽直接排出或冷却。冷凝器然后转化为液态，不通过膜的渗余物直接流出膜分离器，从而达到浓缩分离的目的。