土工膜在水利工程中主要有以下用途

1大壩與渠道的防滲。利用土工膜減小或阻止水的滲透

2河道與渠道防護。用土工膜減緩或阻止流水的侵蝕。

土工膜幾乎不透水，經常被用在大壩的迎水面上以形成水力屏障。除了新建大壩采用土工膜防滲外，外貼土工膜是滲漏嚴重的舊混凝土大壩除險加固的有效手段。土工膜可直接暴露在外，也可采用諸如混凝土板覆蓋進行保護。裸露型的土工膜會因紫外線引起的降解作用而縮短壽命，但用裸露土工膜修復要比設置覆蓋型土工膜容易得多。被覆蓋的土工膜容易損壞，比如被堅硬材料刺穿。為了預防土工膜的刺穿，可在其下方(需要時包括上方)鋪設一層土工布作為緩沖襯墊。土工膜的滲漏主要發生在存在缺陷的接縫處和被刺的孔洞處，因此必須通過嚴格的施工質量控制措施以減少施工缺陷，并通過施工質量檢測，發現缺陷并及時補修。

為了保護水工結構物，經常在土工膜后設置土工網或土工布-土工網組成的排水系統進行排水，滲漏的水被收集儲存并通過設置在大壩中或大壩后的導管排到水庫中。