在20世纪50年代中期至80年代初，双极膜的研究停留在实验室阶段，主要以水解离为基础，这时的双极膜仅是由两片阴阳离子交换膜直接压制而成，这种层压型双极膜性能很差，水解离电压也比理论电压高几十倍。80年代初至90年代初，双极膜的制备技术取得了重大突破，成功地研制出了单片型双极膜，其性能大大提高，尤其是在美国、日本、法国、德国等国家成功将其应用到了制备酸碱和脱硫技术上，此时也出现了商品双极膜的出售。20世纪90年代初之后，双极膜迅速发展，随着对双极膜工作过程机理的深入研究，从膜结构、膜材料和制备方法上进行了重大改进，其中主要是对阴膜和阳膜接触界面的改进，大大提升了双极膜的性能，降低了膜电压。

当在双极膜两侧施加反向电压时，中间层中的阴、阳离子会分别透过两种离子交换膜层，向两侧的主体溶液中迁移，中间层因离子耗竭而形成高电势梯度，导致水分子发生解离生成H⁺和OH^-。由于电场力的驱动，H⁺往阴极方向移动，OH^-往阳极方向移动，分别透过阳离子交换膜层和阴离子交换膜层迁移到双极膜两侧，而此时双极膜两侧的水分子会进入双极膜中间层中来补充电离水分子带来的溶剂缺失，维持中间层一定的压力和体积，使得解离过程不断进行（见图）。

双极膜示意图

双极膜的制备方法主要有以下5种：①热压成型法。将干燥的阴、阳离子交换膜层叠放在用聚四氟乙烯（PTFE）薄膜覆盖的不锈钢板中，排除内部气泡，加热加压制得双极膜。②黏合成型法。用黏合剂分别涂覆阴、阳离子交换膜的内侧，然后叠合，排除内部的气泡和液泡，经干燥后制得双极膜。③流延成型法。在阴离子交换膜层上覆盖一层含有阳离子交换树脂的聚合物溶液，或者在阳离子交换膜层上覆盖一层分散有阴离子交换树脂的聚合物溶液，经干燥后制得双极膜，该方法是制备双极膜最常用的方法。④含浸法。在基膜两侧分别引入功能基团，其基本过程是用化学方法在基膜的两侧分别引入阴、阳离子交换基团，从而制得单片型双极膜。⑤电沉积法。将离子交换膜组装在电解槽中，在直流电场的作用下，电解液里悬浮的带有相反电性的离子交换树脂的粒子沉积在膜的表面进而形成双极膜。

双极膜可以应用在化工领域的脱盐和酸碱制备、生物领域的蛋白和氨基酸提纯，以及环保领域中工业废水的纯化、浓缩、高纯水制备等，在传统化工分离工艺的更新改造、发展清洁生产和循环经济过程中扮演着重要的角色。