Некоторые мембранные контакторы предполагают испарение некоторых соединений из водных растворов. Движущая сила в таких процессах может быть связана с градиентом парциальных давлений, и в этом случае говорят об изотермической дистилляции.

В некоторых случаях градиент температур накладывается на градиент парциальных давлений.

Различают мембранную дистилляцию под вакуумом или в потоке газа, которые аналогичны операциям, связанным с обычной дистилляцией, и для которых подложкой служит мезопористая гидрофобная мембрана с границей раздела фаз пар/жидкость. При этом летучие соединения концентрируются в пермеате, который находится под вакуумом или продувается инертным газом.

Наиболее интересными областями применения для двух этих процессов являются удаление сложных органических соединений (COV) из воды, сепарация азеотропов, концентрирование минеральных кислот и производство безалкогольного вина при температуре окружающей среды, без денатурации.

Другим типом контакторов, предполагающим изменение фаз, является осмотическая дистилляция. Соляной раствор циркулирует в нижней части мезопористой гидрофобной мембраны и создает градиент парциального давления между разбавленной фазой А и фазой В, сконцентрированной в соли. Тогда вода переносится из разбавленной фазы в фазу концентрированную и фаза А концентрируется. Поры мембраны заполнены паром и граница раздела фаз жидкость/пар образуется на поверхности каждой поры. Этот процесс называется также изотермической дистилляцией.

Основным применением осмотической дистилляции является концентрирование фруктовых соков, избегая проблемы денатурации, или концентрирование водных растворов.