當水力沖洗工藝不足以恢復膜系統性能時，采用化學藥劑的清洗工藝則成為必要手段。一般而言，清除有機物用堿，清除無機物用酸，而清除微生物用氧化劑，且多采取各種藥液輪流清洗的方式。化學清洗的徑流形式與水力沖洗基本一致，但清洗液流量的作用趨弱，而藥劑成分、藥液濃度、洗液溫度、清洗時間、浸泡時間甚至表面活性劑濃度等因素上升為主導地位。當膜污染嚴重時，酸、堿及氧化劑的輪流反復清洗也成為有效手段。

  化學清洗與水力沖洗的根本區別:一是化學藥劑的使用;二是清洗對象的明確。在對陌生系統清洗前，一般需要進行給水水質檢驗，有時需要打開膜容器檢查元件表面殘留的污染物，必要時甚至解剖部分膜元件以化驗膜表層污染物成分。有效的化學清洗總是建立在了解污染物化學成分基礎之上。

  化學清洗也分為在線清洗與離線清洗兩種方式。在線清洗的周期短、工藝簡單，但往往因設備環境的限制，清洗效果欠佳。將膜元件從膜容器或系統結構中拆出，使用清洗設備離線清洗時，清洗周期長，工藝復雜，但常可取得較好的清洗效果。

  值得注意的是，在長流程反滲透系統中，流程前部元件多為有機物污染，流程后部元件多為無機物污染。記錄膜元件在系統流程中的工作位置，并通過在線或離線檢測不同位置膜元件性能衰減的程度，可有效掌握系統污染性質與程度，并明確指導膜清洗的工藝參數。