A membrana de difusão é também designada por&membrana de separação &. Uma membrana metálica com uma estrutura porosa fina. Os microporos podem restringir o fluxo de ar comum e permitir a passagem do fluxo de difusão, de modo que a diferença de massa pode ser usada para separação isotópica. Por exemplo, quando o método de difusão de gás separa isótopos de urânio, a membrana de difusão é principalmente feita de níquel sinterizado (cerâmica ou politetrafluoroetileno também são usados).
Existem centenas de milhões de microporos por centímetro quadrado da membrana, com um diâmetro de cerca de 0,01-0,03 microns. Eles devem atender aos requisitos do processo de separação e ainda manter a estabilidade, confiabilidade e certa resistência mecânica no gás quente e corrosivo do processo de hexafluoreto de urânio. Seu desenvolvimento é a principal chave técnica da planta de difusão de gás.