膜表面物理改性包括表面涂敷法和溶剂后处理法。表面涂敷改性一般是将有机或无机改性剂涂覆在支撑层表面，以提高反渗透膜的亲水性和稳定性等。2007 年报道的以亲水性聚乙烯醇 (PVA) 为原料，采用涂覆法制备了PVA/PES 复合膜，展示出优异的耐氯性。最近，亲水性树枝状聚合物成功用于改善膜表面性能，明显增强了其抗结垢性能。但表面涂覆改性不足之处，在于随着膜使用时间的延长，改性剂易从膜表面脱落，而得不到稳定、长久的改善效果。

  溶剂后处理法利用各种亲水性溶剂 (包括羧酸、醇等) 与水之间的相互作用 (如生成氢键等)，来显著提高膜的水通量或改善膜的稳定性等。2001 年有专利报道，通过氨或烷基化合物，特别是乙二胺和乙醇胺，处理得到的表面改性膜，能有效提高膜通量和脱盐率[22]。另外，通过将膜浸泡在含有各种有机物中，如甘油、钠月桂基硫酸盐、三乙胺盐、樟脑磺酸等，能提高膜水通量达70%。使用聚乙烯醇的缓冲溶液对膜进行后处理，可以有效地提高的耐磨损性，同时保持膜通量的稳定。