Charakteristické pre kompozitnú membránu je, že je vyrobená hlavne z vyššie uvedených dvoch materiálov, čo je kompozit z veľmi tenkej hustej vrstvy a poréznej nosnej vrstvy. Porézna nosná vrstva sa nazýva aj základná fólia, ktorá zvyšuje mechanickú pevnosť; hustá vrstva sa nazýva aj vrstva pokožky, ktorá hrá úlohu odsoľovania, preto sa jej hovorí aj odsoľovacia vrstva. Hrúbka odsoľovacej vrstvy je spravidla 50 nm a najtenšia je 30 nm.
Asymetrická membrána vyrobená z jedného materiálu má nasledujúce nedostatky:
1. Medzi hustou vrstvou a nosnou vrstvou je zhutnená prechodová vrstva.
2. Najtenšia hranica hrúbky vrstvy pokožky je 100 nm, je ťažké znížiť prítlačný tlak znížením hrúbky filmu.
3. Rýchlosť odsoľovania a rýchlosť priepustnosti vody sú navzájom obmedzené, pretože rovnaký materiál je ťažké získať odsoľovaním aj podporou.
Kompozitná membrána vyššie uvedené problémy dobre rieši. Môže vyberať materiály s dobrým výkonom odsoľovania a materiály s vysokou mechanickou pevnosťou podľa požiadaviek hustej vrstvy a nosnej vrstvy. Hustá vrstva kompozitnej membrány môže byť preto veľmi tenká, čo je výhodné na zníženie odporu vzduchu; súčasne je eliminovaná prechodová zóna a výkon kompresného odporu je dobrý.
Materiál základnej membrány je polysulfón, potom polypropylén a polyakrylonitril. Pretože je polysulfón lacný a ľahko dostupný, membrána je jednoduchá, mechanická pevnosť je dobrá, odolnosť voči kompresii je dobrá, chemický výkon je stabilný, netoxický a biologicky odbúrateľný.
Na ďalšie zvýšenie pevnosti poréznej nosnej vrstvy sa bežne používajú polyesterové netkané textílie.
