依低溫產水端的凝結方式的不同，薄膜蒸餾常區分為4種操作：直接接觸式、空氣間隙式、氣體掃流式與真空式。

薄膜蒸餾所用膜孔徑常介於0.1~0.6微米間，孔徑太大則液體易滲入貫穿，而孔徑太小則提高了蒸氣分子於膜內之傳送阻力。因蒸氣通量與膜孔隙度成正比，高孔隙度（40~85%）是應用於此操作之薄膜的重要物性；因需分隔高低溫，膜材需具備低熱傳導性（減少防止薄膜兩側間的熱損），也需考慮熱穩定性與化學穩定性，以因應高溫與廢水污染問題。目前常選用之疏水薄膜材料有鐵氟龍、聚丙烯（PP）及聚偏二氟乙烯（PVDF）等，其中以鐵氟龍疏水性最好，且具有較高的化學穩定性，然而成本及製備技術門檻亦較高。