Membrana dyfuzyjna jest również nazywana" membrana rozdzielająca". Metalowa membrana o drobnej porowatej strukturze. Mikropory mogą ograniczać zwykły przepływ powietrza i umożliwiać przepływ dyfuzyjny, dzięki czemu różnicę mas można wykorzystać do separacji izotopów. Na przykład, gdy metoda dyfuzji gazowej oddziela izotopy uranu, membrana dyfuzyjna jest w większości wykonana ze spiekanego niklu (stosowana jest również ceramika lub politetrafluoroetylen).
Na centymetr kwadratowy membrany znajdują się setki milionów mikroporów o średnicy około 0,01-0,03 mikrona. Muszą spełniać wymagania procesu separacji, zachowując przy tym stabilność, niezawodność i pewną wytrzymałość mechaniczną w gorącym i korozyjnym gazie procesowym sześciofluorku uranu. Jego rozwój jest głównym kluczem technicznym instalacji dyfuzji gazu.