Thiết bị membrane được chế tạo bằng thép không rỉ có dạng hình trụ với đường kính thường dao động trong khoảng 2,5÷12,7cm; chiều dài: 18÷120cm. Bên trong thiết bị có chứa sợi membrane. Mỗi module chứa từ 50÷3000 sợi. Đường kính sợi thay đổi từ 0,2÷3mm. Trong quá trình thẩm thấu ngược, đường kính sợi sử dụng có thể giảm xuống 0,04mm. Thông thường chiều dày membrane từ 100÷400µm.
Khi hoạt động, canh trường vi sinh vật được bơm vào bên trong thiết bị và chui vào trong các sợi membrane. Dòng ra retentate sẽ đi hết theo chiều dài sợi và tập trung thoát ra ở đầu còn lại của thiết bị. Dòng ra permeate sẽ chui qua các lỗ mao dẫn membrane, thoát ra ngoài sợi rồi được tập trung vể cửa ra nằm trên thân
thiết bị. Riêng hãng Dupont thiết kế một số thiết bị sử dụng trong kỹ thuật thẩm thấu ngược đã cho dòng nguyên liệu đi vào khoảng không gian trống giữa các sợi membrane. Khi đó, một số cấu tử sẽ chui qua mao dẫn membrane để vào bên trong sợi và tạo nên dòng permeate.
Ưu điểm của mô hình sợi là thiết bị ít chiếm diện tích nhà xưởng dù diện tích membrane sử dụng rất lớn, ít tốn năng lượng cho quá trình. Tuy nhiên, trong quá trình vận hành, một số sợi membrane dễ bị tổn thương và việc thay thế chúng sẽ tốn kém và phức tạp. Để hạn chế hiện tượng tắc nghẽn mao quản membrane trong quá trình sử dụng, người ta dùng khí nén để thổi ngược định kỳ, kết hợp với quá trình rửa ngược (backwash) nhằm tách bỏ các cấu tử bám trên bề mặt của membrane. Ngoài ra, sau mỗi 4÷6 tuần sử dụng, người ta dùng hóa chất để vệ sinh membrane.
Hình 8: Cấu tạo mô hình sợi
Hình 9: Cấu tạo mô hình sợi (A bề mặt, B thành phần theo chiều ngang, C thành phần theo chiều dọc, D nguyên lý lọc)