具有活性表面的陶瓷膜已經開始初步應用于水處理行業中。這類活性表面主要包括一些半導體納米材料，例如二氧化鈦、氧化鋅、三氧化二鐵等等。這類活性陶瓷膜通過UV（紫外光）或陽光激活來參與有機化合物降解的氧化還原過程。
在認識到光催化降解多氯聯苯（PCB）的效應后，Carey在1976年首次論述了光催化在水處理領域的應用，而半導體材料在其中起到了很大的作用。
半導體有一條填充價帶和一條空導帶。在光催化中，半導體吸收大于其自身帶隙能量的光子，然后通過從導電到價帶的電子激發產生電子空穴對來發揮其功能。這些電子-空穴對將重組（在僅僅納秒的時間里）或與周圍介質反應。而后者發生的條件僅限于電子和/或空穴可被表面缺陷捕捉到或被本體介質中的適當的清除劑（又稱俘獲劑）俘獲時才可能發生。
在整體的半導體材料中，只有電子或空穴間才能正常的發生相互作用，然而，在納米級材料中，兩者都在表面處可用，并可以進行高效率的相互作用。盡管水中有機分子在顆粒表面引發氧化的機理尚未完全被理解，但理論包括通過電子空穴（正電子）的直接氧化，或在表面上或溶液中產生的羥基自由基的間接氧化，以及其中的綜合因素。
懸浮的納米光催化劑被應用于污染物的修復，因為懸浮狀態能夠提供的表面積和活性。不過懸浮法的一個主要缺點是廢料的回收和再生（或處理）。在催化劑表面涂覆的磁性氧化鐵納米顆粒或許是一個不錯的選擇，聚合物膜上使用催化劑涂層既可以產生活性表面用于增強分離效果，同時還可以消除催化劑回收的復雜性。
二氧化鈦納米顆粒具有高度光活性，并且在UV光下具有抗微生物活性。因此，基于光解消毒的水凈化系統是可行的。二氧化鈦納米粉末還可以應用于陶瓷膜表面，例如二氧化硅氧化鋁沸石和活性炭，其在UV光下和在活性氧物質存在下比聚合物更穩定。
催化臭氧也可用于去除水和廢水處理中的天然有機物和有機化合物；當其與催化金屬氧化物組合時，可以降解其它物質，例如酚、芳族烴和腐殖質。
不過，催化劑涂覆的膜與陶瓷水處理膜一直面臨的挑戰一樣，相對于聚合物膜，他們制造成本偏高和堆積密度偏低。因此催化性膜沒有被作為一種提高目前膜技術的性能的方法，而是被作為了一種發展陶瓷膜材料的技術。