物质的分离和纯化技术在化工、医药、环保等各方面有很重要的地位。人们一直在寻找比传统的萃取、蒸馏、过滤等更简单、能耗更低，而效率更高的方法，高分子离子交换树脂、膜和纤维以及各种聚合物分离膜的出现将分离技术推向一个新的局面，这些高分子材料以其选择性强、效率高、工艺简单、能耗低而成为分离技术的重要发展方向。离子交换树脂之所以能达到分离纯化的目的，是利用树脂上可离解的功能基（例如H ＋）与溶液中的同电荷离子（如Na ＋）发生交换，两种离子的浓度差是产生交换的动力。失去交换能力的离子交换树脂可以再生而重新使用。离子交换树脂粉碎后在化学化工上用做各种无机和有机物质的分离、水的纯制、天然物质的提纯，在环保中用于各种废水处理，食品工业中用做各种食品的脱色、脱臭、去杂味和纯化等。例如，酒的去浑脱色；奶成分的分离、改性和脱盐；在冶金工业中用做各种贵重金属的分离提纯；在医学上用于人工肝、肾的灌血医疗；在农业上用于制作长效化肥。将离子交换树脂粉碎后与高分子黏合剂制成的离子交换膜可实现溶液中的离子与膜之间的离子传递，实现离子的选择性透过，其作用原理与离子交换不同，所以不必经过再生，在化工、医药、食品、冶金、造纸的工业部门获得应用。如在膜两边加直流电场实现电渗析，实现水的脱盐、淡化和离子分离等。由于离子交换膜可以选择性地让某种离子通过，它又是铅蓄电池、碱蓄电池、隔膜电池和浓差电池的理想材料，例如宇宙飞船中使用的燃料电池即由离子交换膜制成。离子交换纤维是利用化学改性向天然纤维素引入带有酸性或碱性等离子基团制成的纤维，是生物化学上必需的试剂，并广泛地用于处理含有金属、有机物、色素的废水和贵重金属的回收。
中空纤维膜是分离功能高分子材料中的一个佼佼者。利用纤维素、醋酸纤维、尼龙、聚乙烯醇、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚砜等高聚物纺制成的中空纤维，或者在它们的纤维壁多孔结构中引入离子交换树脂的中空纤维，可以粘结和组装成反渗透过滤器、超滤器、透析器和气体过滤器，它们在海水淡化，超纯水制备，人工肾制造，细菌病毒的分离消毒，生物碱、激素、抗菌素的分离浓缩以及H2、N2、CO、CH4等气体的分离富集等方面显示了独特优异的功能。肾病患者的血渗析应归功于中空纤维分离膜。电子工业和超大规模集成电路中所用到的超纯水，每毫升只允许有3个以下的细菌，只有依靠中空纤维超滤膜和反渗透膜来实现。