Разделение газов и жидких смесей углеводородов диффузией через непористые полимерные мембраны основано на различии в форме молекул разделяемых компонентов и их растворимости в материале мембраны.
Перенос вещества через непористые мембраны включает стадии сорбции, диффузии и десорбции с противоположной стороны мембраны. Обычно сорбция и десорбция протекают быстро по сравнению с диффузией, скорость которой определяет суммарную скорость переноса.

Основное препятствие для широкого применения мембран — трудность создания мембран с высокой селективностью и с большой газовой проницаемостью. Эти два свойства находятся для большинства мембран в обратной зависимости. Обычно используют высокоселективные полимеры с низкой проницаемостью в виде очень тонких слоев («0,1 мкм) на пористой неселективной полимерной подложке.
Применяются и мембраны с облегченным переносом — пористые, пропитанные селективным растворителем, связывающим один из компонентов, что облегчает его перенос через мембрану.

На зарубежных промышленных установках реализованы мембранные процессы концентрирования водорода из водородсодержащих газов установок гидроочистки, гидрокрекинга и риформинга. В качестве мембран используют полые волокна из полисульфона или поливинилтриметилсилана. Применяют также процессы разделения смесей Н2/СО для корректировки состава синтез-газа в процессах оксосинтеза. С помощью мембран из ацетилцеллюлозы в виде спирально изогнутых элементов, помещенных в трубки Пито, выделяют H2S и СОг из метансодержащего газа, проводят осушку газа. Реализовано в промышленности и мембранное концентрирование кислорода и азота из воздуха.

Имеются принципиальные решения и перспективы мембранного разделения смесей метан — этилен, этилен — пропан, аллен — пропан, бензол — циклогексан и некоторых других. Дальнейший прогресс мембранных процессов разделения зависит от синтеза полимеров для более высокоселективных и стабильных мембран.