本发明提供一种高效过滤的膜式氧合器，包括外壳和氧合变温模组，外壳的上部设有进血嘴、排气口、进水口和出水口，外壳的下部设有出血口、进气口和出气口；氧合变温模组竖直设于外壳中，包括从下至上依次层叠设置的第二过滤网、氧压膜、第一过滤网和变温膜，变温膜连通进水口与出水口，氧压膜连通进气口与出气口，第二过滤网的孔径小于第一过滤网的孔径；血液从进血嘴进入外壳内，并自上而下依次穿过变温膜、第一过滤网、氧压膜和第二过滤网后从出血口流出，外壳内的气体自下而上经由排气口排出。本发明能够在不增加过多压降和血液预充量的前提下，达到较好的过滤效果。