由于单一膜存在制膜工艺复杂、膜的重复性差、制备小孔径膜困难、质脆柔韧性差、成本高等缺点，因此研究者们将2种单一膜复合在一起，使其同时具备2种或多种单一膜的优点。目前国内外研究的复合膜主要是有机-无机复合膜。常用的无机材料主要有TiO2、SiO2、Al2O3等，常用的有机材料主要有聚砜、聚丙烯酸、聚乙烯醇、聚偏氟乙烯、聚乙烯和聚乙烯吡咯烷酮。张裕卿等报道了聚砜-Al2O3复合膜处理油田含油污水，复合膜的截油率可达90%，出水满足油田回注水标准，而且复合膜经过清洗后，水渗透通量能回复到原始通量的85%。王枢等采用界面聚合法对PVDF超滤膜进行表面改性，制备出了具有抗污染的聚酰胺/聚乙烯醇复合超滤膜，在复合膜水通量为190L/(m2·h)时，复合膜的截油率可达98.5%以上，出水含油量小于1.6mg/L，膜性能均优于单一的PVDF膜。吴春金等以混合醋酸纤维素微孔膜为支撑膜制备了聚乙烯醇复合超滤膜，对模拟含油污水的处理实验结果表明，该复合膜的截油率可达90%以上，且具有良好的耐油污染性能。具体联系污水宝或参见http://www.dowater.com更多相关技术文档。
Lu等采用相转化法制备出了管式Al2O3-PVDF复合超滤膜，并将其用于处理大庆油田含油水，结果表明，出水含油量和悬浮固体含量均低于1mg/L，化学需氧量(COD)和总有机碳(TOC)的去除率分别为90%和98%以上，而且清洗后的膜通量恢复率可达100%。Ong等以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为添加剂，以TiO2和聚偏氟乙烯(PVDF)为原料，制备了PVDF-PVP-TiO2复合超滤膜，当PVDF膜中TiO2的质量分数为2%时，该复合膜的性能最佳，膜通量可达70.48L/(m2·h)，截油率更是高达99.7%，但是当含油量由从250mg/L增大到1000mg/L时，膜通量下降较快。
