От по-горе казаното е ясно, защо в началото на науката за мембраните стоят не физици и химици, а ботаници и физиолози. Човекът не е измислил полупропускливите мембрани, а е взел готова идея от живата природа. Основните изследвания, провеждани в края на XVIII – началото на XIX век, са били насочени само към разбиране и описване на механизма на процесите, които се случват в живите организми, и само в началото на XX век започват смели опити за моделиране на свойствата на биологичните мембрани от изкуствени материали.
Заслугата за откриването на явлението осмоза се приписва на френския абат Жан-Антуан Ноле, който през 1748 г. за първи път забелязва и описва този процес. С това откритие историците свързват един случай: един ден абат Ноле налял неизпито вино в свинския мокрец и го потопил в бъчвата с вода. Сутринта, като извадил мокреца от бъчвата, той забелязал, че мокрецът се е раздул. Опитал виното и абатът разбрал, че то станало разредено. Така той заключил, че водата е проникнала вътре чрез стената на мокреца под въздействие на някаква сила, породена от разликата в съдържанието на вода в бъчвата и виното. При това абатът отбелязал, че през стената на мокреца прониква само вода. Тази еднопосочна сила абатът нарекъл осмотично налягане, а самия процес – осмоза (от гръцката дума ὄσμος, което означава натиск, налягане). Така абат Ноле първи в света успял да опише явлението осмоза и основните свойства на полупропускливата мембрана. В последствие за осмозата се забравя.
И само след столетие друг френски ботаник и естествоизпитател Анри Дютроше направил по-дълбоки изследвания на този процес, като описал законите на осмозата за поглъщане на вода и разтворените в нея вещества от растенията.
През средата на XIX век физиолозите Мол и Негели също изучават осмотичната проницаемост на клетъчните мембрани. От края на XIX век се включват и физикохимиците, като един от тях е германският учен Адолф Фик, който през 1855 г. при изследване на преминаването на нитроцелулоза през изкуствени мембрани формулира феноменологичните закони на дифузията, наречени по-късно на негово име. Греъм първи въвежда понятието "осмотична сила" през 1854 г.
Фундаменталните изследвания на осмотичната проницаемост на клетъчните мембрани, извършени през 1860–1875 г. от холандския ботаник и генетик Хуго де Фриз, един от учените, вторично открил законите на Мендел, заедно с резултатите от работата на В. Пфеффер (1877), представляват важна част от доказателствата, на базата на които Я. Х. Вант-Гоф построил своята теория за химичното равновесие в разрежданите разтвори (1886), а шведският учен Аррениус – теорията за електролитната дисоциация. През 1888 г. германският физикохимик Нернст извежда уравнение за дифузионния потенциал, а през 1911 г. Донан формулира законите за мембранното равновесие.
По този начин биологията и изследванията на мембраните се разделят: изследванията на клетъчните, биологичните мембрани и мембраните от естествен произход остават в областта на биологията, докато химиците и физиците, които изучават мембраните, пренасят своите интереси към създаването на мембрани с различен характер и изследването на техните свойства, както и към описанието на процесите пренос на маса през тях. Така в края на XIX и началото на XX век са открити методите за разделение с мембрани: електродиализа (Майгрот и Сабатье); разделение на газове (Греъм), ултрафилтрация (Бехголд). През началото на 30-те години на XX век се появяват първите споменавания за обратно осмотично задържане на електролити от мембраните при филтрацията на разтвори (Ершлер, Мак-Бен).
Льоб и Сурънджан разработват конструкцията на спирален ОО-модул на базата на анизотропна полупропусклива мембрана. Към края на 20-те години на XX век е натрупан и обобщен значителен материал за получаването и прилагането на селективнопропускливи мембрани. 30-те години се характеризират с изследвания в този област от Елфорд, Фери, Манеголд, Грабар, а 40–50-те са период на усъвършенстване на методите за формиране на мембрани за ултрафилтрация и получаване на ионообменни мембрани.
Към края на 50-те – началото на 60-те години на XX век, след разработките, извършени първо от Рейд, а после от Льоб и Сурънджан, е разработена конструкцията на спирален ОО-модул на база на анизотропна полупропусклива мембрана, която може да издържа колосално налягане и има висока пропускливост при минимални размери. С участието на Льоб през 1967 г. в селище Йотвата е построена опреснителна станция с мощност от 150 м3 на ден, произвеждаща чиста питейна вода от подземно езеро с соленост десет пъти по-висока от морската. Тези учени показват техническите възможности за използване на такива мембрани за опресняване на морска и солена вода, както и за разделяне на течни смеси, което дава тласък за по-нататъшно изучаване на мембранните процеси на разделение и производството на мембрани със зададени свойства. За това ще стане дума още в раздела, посветен на ОО-мембрани.
