یکی دیگر از کاربردهای مهم فناوری نانو در محیط زیست، استفاده از نانوفیلترها در تصفیه آب و پساب است. غشای مورد استفاده در فرآیند نانو فیلتراسیون معمولا مولکولهای بزرگ را دفع می کند و در مقایسه با روشهای دیگر قادرند با صرف انرژی کمتر آب چاهها یا آبهای سطحی را نیز به خوبی تصفیه کنند. این فرآیند قادر است انواع باکتریها، ویروسها آفت کشها، آلاینده هائی با منشا آلی و املاح کلسیم و منیزیم را از آب جدا کند. نظر به این که در فرآیند نانو فیلتراسیون از هیچ ماده شیمیائی برای سختیگیری (Hardness Water) آب استفاده نمیشود، بنابراین اثرات منفی زیست محیطی آن به مراتب کمتر از روشهای شیمیائی معمول است. علاوه بر این، ذرات نانو ساختار انعطاف پذیری زیادی در تصفیه آلاینده ها دارند. به عنوان مثال از ذرات نانو ساختار برای تصفیه فوری خاک، رسوبات، ضایعات جامد، تصفیه آب و پسماندهای مایع استفاده می شود. تحقیقات نشان میدهد که ذرات دو فلزی نانو ساختار مانند آهن، پالادیم، آهن، نقره و روی، پالادیم کاربردهای زیادی در تصفیه و پالایش آلوده کننده های محیط زیست، مانند آفت کشهای کلرینه با منشا آلی و حلاهای آلی هالوژنه یافته اند. تجربه نشان داده است که استفاده از ذرات نانو ساختار دو فلزی موجب میشود تا کلیه هیدروکربنهای حاوی ترکیبات کلردار که بسیار سمی اند به هیدروکربنهای بی خطر برای محیط زیست تبدیل شوند. به علاوه، شواهد بسیار مبین این واقعیت است که ذرات نانو ساختار با پایه آهنی، قادر به تجزیه آلودگیهای بسیار پایدار همچون ترکیبات پرکلراتها، نیتراتها، فلزات سنگین (نیکل و جیوه) و مواد رادیواکتیو مانند دی اکسیداورانیوم هستند. علاوه بر این می توان از نانو ساختارها برای رنگ زدائی از آب آشامیدنی استفاده کرد. رنگ موجود در آب آشامیدنی نه تنها به خاطر ظاهر آن باید از آب زدوده شود، بلکه چون این رنگها می توانند منشا تولید تری هالومتان نیز باشند، بسیار خطرناک محسوب می شوند. این ماده هنگام ترکیب با کلر موجب تشکیل کلروفرم و دیگر ترکیبات هالوژنه مضر و سرطان زا می شوند. رنگ موجود در آب طبیعی معمولا ناشی از وجود اسیدهای معدنی است. اسیدهای مذکور از تجزیه مواد آلی موجود در آب حاصل می شوند. اغلب روشهای متداول برای تصفیه آب قادر به جداسازی مواد فوق نیستند، لیکن با استفاده از غشاهای نانو می توان تا ۸۸ درصد اینگونه مواد را به سهولت از آب جدا کرد. همچنین تحقیقات نشان می دهد استفاده از فناوری نانو در تصفیه آب می تواند هزینه های تصفیه را تا حدود زیادی کاهش دهد .الکل هائی مانند اتانول به عنوان حلال یا ماده پاک کننده به وفور در صنایع مورد استفاده قرار می گیرند. این مواد در حین مصرف مقادیر زیادی از ناخالصیهای مختلف را به خود جذب می کنند. با توجه به این که دور ریختن آنها پس از مصرف، اثرات زیان باری بر محیط زیست دارد، باید برای استفاده مجدد تصفیه شوند. روشهای متداول از قبیل تقطیر، ضمن آلوده کردن محیط زیست انرژی زیادی را تلف می کنند.