由于超波（UF）、纳滤（NF）、和反渗透（RO）膜等绝大多数膜法水处理原件对进水水质有比较严格的要求，合理的预处理是保障系统正常运行和降低运行成本的关键环节。一旦预处理系统出现问题，污染物可能会在膜表面堆积，给膜系统带来不可逆转的危害。
微生物造成的很难逆转的污染
细菌、真菌和藻类进入膜系统后，会粘附在膜表面时生长繁殖，微生物及其代谢产物可能使膜孔完全堵塞，甚至使中空纤维内腔完全堵塞，对无论是超滤膜，还是纳滤和反渗透膜都会造成不可逆转的污染。
水处理工程中通常加入次氯酸纳（NaClO）、臭氧（O3）等氧化剂，也可以配合紫外线杀菌器杀菌。这些措施只是防止微生物滋生，但并不能从水中去除微生物，杀灭不彻底的微生物还会复活。尤其是芽孢，由于耐受一定的杀菌剂，成为膜生物污染的潜在威胁。
适当的预处理不仅能够提高杀菌剂的效果，比如全自动过滤器，同时也可以滤除一部分微生物甚至芽孢，降低膜的微生物污染。
浑浊度降低产水率：
当水中含有用悬浮物、胶体、微生物和其他杂质时，都会使水产生一定程度的混浊。由于浊度是测量被水中颗粒物反射的光线强度得来的，所以原水的颜色、不透明性、颗粒的大小、数量和形状均影响测量结果。因此，浊度与悬浮物的关系是随机的。对于较小的微粒，浊度并不能反映。
降低浑浊度传统采用的方法是絮凝加介质过滤器，由于介质过滤器过滤效果受水质波动影响较大，近年来广泛使用高精度全自动过滤器来取代介质过滤器作为膜法水处理工艺的预处理设备，随着技术的发展，高精度全自动过滤器的过滤精度已经可以达到2微米，完全可以取代保安过滤器。
为了滤除细小的颗粒，一般需要向原水中添加一定量的絮凝剂来提高去除效率。在絮凝剂加入的同时，可加入助聚剂，如PH调节剂（石灰、碳酸钠）、氧化剂（氯和漂白粉），加助聚剂（聚丙稀酰胺）等，提高混凝效果。
溶解性有机物的去除
溶解性有机物用如弟沉降、多介质过滤以及超滤均无法彻底去除。目前多采用氧化法或者吸附法。
（1）氧化法利用氯或次氯酸钠（NaClO）进行氧化，对除去溶解性有机物效果比较好，另外臭氧（O3）和高锰酸钾（KmnO4）也是比较好的氧化剂，但成本略高。
（2）吸附法利用活性炭或大孔吸附树脂可以有效去除溶解性有机物。但对于难以吸附的醇、酚等仍需采用氧化法处理。
（3）电化学氧化法是利用水及溶解物质在电解条件下的氧化还原反应，产生氧化性的物质来去除有机物。也可以配合传统的吸附工艺联合处理。