Membrana de difuzie mai este numită"membrană de separare". O membrană metalică cu o structură fină poroasă. Microporii pot restricționa fluxul de aer obișnuit și permit trecerea fluxului de difuzie, astfel încât diferența de masă poate fi utilizată pentru separarea izotopică. De exemplu, atunci când metoda de difuzie gazoasă separă izotopii de uraniu, membrana de difuzie este realizată în mare parte din nichel sinterizat (se folosesc și ceramică sau politetrafluoretilenă).
Există sute de milioane de micropori pe centimetru pătrat al membranei, cu un diametru de aproximativ 0,01-0,03 microni. Ele trebuie să îndeplinească cerințele procesului de separare și să mențină în continuare stabilitatea, fiabilitatea și o anumită rezistență mecanică în gazul de proces de hexafluorura de uraniu fierbinte și coroziv. Dezvoltarea sa este cheia tehnică principală a instalației de difuzie a gazelor.