La membrana de difusió també s'anomena"membrana de separació ". Membrana metàl·lica amb una estructura porosa fina. Els microporus poden restringir el flux d'aire normal i permetre que passi el flux de difusió, de manera que la diferència de massa es pot utilitzar per a la separació isotòpica. Per exemple, quan el mètode de difusió de gas separa els isòtops d'urani, la membrana de difusió està feta majoritàriament de níquel sinteritzat (també s'utilitzen ceràmiques o politetrafluoroetilè).
Hi ha centenars de milions de microporos per centímetre quadrat de la membrana, amb un diàmetre d'aproximadament 0,01-0,03 micres. Han de complir els requisits del procés de separació i mantenir l'estabilitat, la fiabilitat i una certa resistència mecànica en el gas de procés d'hexafluorur d'urani calent i corrosiu. El seu desenvolupament és la clau tècnica principal de la planta de difusió de gas.