Τα φίλτρα λεπτής μεμβράνης είναι μικροσκοπικά λεπτές εναποθέσεις που συχνά συνδέονται με γυάλινους ή πλαστικούς φακούς. Η πιο κοινή εφαρμογή αυτών των φίλτρων είναι στην οπτική, όπου μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να φιλτράρουν ορισμένα μήκη κύματος φωτός ή με άλλο τρόπο να αλλάξουν τη φύση μιας δέσμης φωτός καθώς περνά μέσα από έναν φακό. Τα τηλεσκόπια, τα μικροσκόπια και οι κάμερες χρησιμοποιούν συχνά φίλτρα λεπτής μεμβράνης, αν και η τεχνολογία λέιζερ μπορεί επίσης να τα χρησιμοποιήσει.
Όπως και άλλοι τύποι λεπτών μεμβρανών, τα φίλτρα λεπτής μεμβράνης είναι τόσο λεπτά που μετρώνται είτε σε νανόμετρα είτε σε μικρόμετρα, που σημαίνει ότι έχουν πάχος κάπου μεταξύ ενός δισεκατομμυριοστού του μέτρου και αρκετών εκατοστών του μέτρου. Αυτά τα φίλτρα δεν θα αυξήσουν το πάχος ενός φακού κατά μια ποσότητα που μπορεί να παρατηρηθεί ή να μετρηθεί από έναν ανθρώπινο παρατηρητή. Προκειμένου να δημιουργηθούν λεπτές μεμβράνες, τα άτομα ενθαρρύνονται να καθιζάνουν σε ένα υλικό υποστρώματος μέσω της χρήσης είτε φυσικής είτε χημικής εναπόθεσης, η οποία, στην περίπτωση των φίλτρων λεπτής μεμβράνης, εμφανίζεται συνήθως σε κενό. Κατά τη διαδικασία εναπόθεσης, τα άτομα ευθυγραμμίζονται κατά μήκος του υλικού του υποστρώματος, το οποίο διατηρείται σε συνεχή κίνηση, μέχρι να κατασκευαστεί ένα φιλμ του επιθυμητού πάχους.
Μερικοί από τους πιο συνηθισμένους τύπους φίλτρων λεπτής μεμβράνης είναι τα διχρωικά φίλτρα που χρησιμοποιούνται για να εμποδίσουν ορισμένα μήκη κύματος φωτός να περάσουν μέσα από αυτά, εμποδίζοντας αποτελεσματικά ορισμένα χρώματα. Τα διχρωικά φίλτρα μπορούν να σχεδιαστούν για να αποκλείουν οποιοδήποτε εύρος μηκών κύματος φωτός και μπορούν να εφαρμοστούν περισσότερα από ένα φίλτρα σε ένα υπόστρωμα για να αποκλείσουν περισσότερα από ένα σετ μηκών κύματος. Ένα μεμονωμένο φίλτρο, για παράδειγμα, θα μπορούσε να κατασκευαστεί για να εμποδίζει το μπλε, το ιώδες και το υπεριώδες φως, αν και θα απαιτούνται δύο φίλτρα για να εμποδίζουν μόνο το μπλε και το υπεριώδες φως. Άλλοι τύποι φίλτρων μπορούν να μπλοκάρουν ένα μέρος όλου του ορατού φωτός, μειώνοντας την έντασή του. Μπορούν επίσης να αποτρέψουν τις ανεπιθύμητες αντανακλάσεις σε έναν φακό.
Οπτικές συσκευές, όπως τηλεσκόπια, μικροσκόπια και κάμερες, μπορούν να χρησιμοποιούν φίλτρα λεπτής μεμβράνης αντί για παραδοσιακά φίλτρα. Αν και η λεπτότητα της μεμβράνης είναι ένα από τα πλεονεκτήματα της χρήσης αυτών των φίλτρων, τα φίλτρα αντανακλούν επίσης το ανεπιθύμητο φως, αντί να το απορροφούν, επιτρέποντας στο φίλτρο και στον φακό στον οποίο είναι συνδεδεμένος να παραμείνουν δροσεροί. Στην τεχνολογία λέιζερ, τα φίλτρα λεπτής μεμβράνης μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να ενισχύσουν και να διατηρήσουν καθαρή μια δέσμη λέιζερ, ιδιότητες που είναι απαραίτητες όταν εργάζεστε με δέσμες υψηλής ισχύος, όπως αυτές που χρησιμοποιούνται στην κοπή με λέιζερ.