納濾膜的分離機理的模型可以簡單地分為以下幾種類型:非平衡熱力學模型、電荷模型,細孔模型、靜電排斥和立體阻礙模型。

非平衡熱力學模型

對于液體膜分離過程，其傳遞現象通常用非平衡熱力學模型來表征。該模型把膜當做一個“黑匣子”，膜兩側溶液存在或施加的勢能差就是溶質和溶劑組分通過膜的驅動力。納濾膜分離過程與微濾、超濾、反滲透膜分離過程一樣，以壓力差為驅動力，產生溶質和溶劑的透過通量，其通量可以由非平衡熱力學模型建立的現象論方程式來表征。

電荷模型

電荷模型根據其對膜結構的假設可分為空間電荷模型(the space charge model)和固定電荷模型(the fixed-charge model)。

空間電荷模型假設膜由孔徑均一而且其壁面上電荷均勻分布的微孔組成，空間電荷模型最早由Osterle提出，是表征膜對電解質及離子的截留性能的理想模型。該模型的基本方程由表征離子濃度和電位關系的Poison-Boltzmann方程、表征離子傳遞的 Nernst-Planck方程和表征體積透過通量的Navier-Stokes方程等組成。它主要應用于描述如流動電位和膜內離子電導率等動電現象的研究。

固定電荷模型假設膜為一個凝膠相，其中電荷分布均勻、貢獻相同。由于固定電荷模型最早由 Teorell、Meyer和Sievers提出，因而通常又被人們稱為Teorell-Meyer-Sievers(TMS)模型。TMS模型首先應用于離子交換膜，隨后用來表征荷電型反滲透膜和超濾膜的截留特性和膜電位。

比較以上兩種模型，TMS模型假設離子濃度和電位在膜內任意方向分布均一，而空間電荷模型則認為兩者在徑向和軸向存在一定的分布，因此可認為TMS模型是空間電荷模型的簡化形式。

細孔模型

細孔模型(the pore model)基于著名的Stokes-Maxwell摩擦模型建立了經典統計力學方程。在基于膜內擴散過程的溶質通量計算方程中引入立體阻礙因子(steric hindrance fac-tor)，認為通過膜的微孔內的溶質傳遞包含擴散流動和對流流動等兩種類型。

運用細孔模型，只要知道膜的微孔結構和溶質大小，就可以計算出膜特征參數，從而得知膜的截留率與膜透過體積流速的關系。反之，如果已知溶質大小，并由其透過實驗得到膜的截留率與膜透過體積流速的關系，可求得膜特征參數，也可以借助于細孔模型來確定膜的結構參數。

靜電排斥和立體阻礙模型

將細孔模型和TMS模型結合起來建立的靜電排斥和立體阻礙模型(the electrostatic and steric-hindrance model)，簡稱為靜電位阻模型。靜電位阻模型假定膜分離層由孔徑均、表面電荷分布均勻的微孔構成，其結構參數包括孔徑、開孔率、孔道長度即膜分離層厚度和電荷特性。電荷特性表示為膜的體積電荷密度(或膜的孔壁表面電荷密度)。根據上述膜的結構參數和電荷特性參數，對于已知的分離體系，就可以運用靜電位阻模型預測各種溶質(中性分子、離子)通過膜的傳遞分離特性，如膜的特征參數等。有關實驗表明，靜電位阻模型可以較好地描述納濾膜的分離機理。