膜反应器的研究始于20世纪60年代，最初主要用于处理污水。20世纪80年代中期以来得到了迅猛发展，广泛应用在化工、制药、能源、水处理等领域。膜反应器的特点主要有：①对受到平衡限制的化学反应，膜反应器能够移动化学平衡；②提高一些复杂反应的转化率；③在较低的温度和压力下进行化学反应；④在某些情况下，可使化学反应、产物分离和净化等几个单元操作合并在一个膜反应器中进行。               

根据膜的材质不同，膜反应器分为有机膜反应器和无机膜反应器：①有机膜反应器，又称高分子膜反应器，选用的膜为高分子膜。其特点是膜的可选材料丰富且易做到，具有良好的化学、物理和机械性能；同时高分子膜表面通常含有丰富的功能基团，为催化活性组分（催化剂）提供良好的化学、物理环境，或使催化剂在膜中的固定化更方便和牢固。但有机膜反应器的热稳定性和结构稳定性较差，因此主要用于生物膜反应器和酶膜反应器等条件温和的生化反应过程。在化工与石油化工领域中应用相对较少，在环境不是很苛刻的分离过程及催化加氢、催化脱氢、催化氧化、催化酯化等化学过程有所研究及应用。②无机膜反应器，无机膜具有优异的耐温、耐化学腐蚀、耐细菌和强度高等特点，所用的无机膜是金属、金属氧化物、陶瓷、沸石、碳素和多孔玻璃等无机材料制成的半透膜。随着无机膜的发展，特别是陶瓷膜的出现，使膜反应器在环境苛刻的化工与石油化工主流程中的规模化应用成为可能。无机膜反应器在环乙烷、乙苯、丙烷等脱氢反应，丁烯氧化脱氢制二烯等氧化反应，脱硫反应及反应偶联等反应过程中有所研究或有所应用。

根据膜在膜反应器中作用的不同，膜反应器分为：①惰性膜反应器，使用的膜本身无催化活性，只起分离作用，反应所需的催化剂需另行装入。②催化膜反应器，使用的膜具有催化和分离双重功能。

根据有无膜孔道和膜孔道大小，膜反应器分为大孔膜反应器、微孔膜反应器和致密膜反应器，①大孔膜反应器，大孔膜反应器所用的膜孔径大于2纳米，主要依赖孔道的物理筛分作用实现分离功能。主要应用在基于大孔膜（如微滤、超滤等）实现超细催化剂的循环使用以及反应物的分散强化传质过程等。②微孔膜反应器，所用的膜孔径小于2纳米，主要是基于微孔膜实现分子级别的分离功能，将反应产物从反应体系中分离出来，提高反应的转化率和选择性。此类膜反应器中，微孔膜既有分离作用又可实现催化作用。如二甲苯异构化反应、水汽变换反应等均可用微孔膜反应器来提高反应效率。③致密膜反应器，所用的膜没有检测到孔道结构，主要基于物质与膜的亲和作用或材料晶格缺陷实现物质在膜中的传递和分离。主要有混合导体氧渗透膜反应器、钯膜反应器等。