La membrane de diffusion est également appelée"membrane de séparation". Membrane métallique à fine structure poreuse. Les micropores peuvent restreindre le flux d'air ordinaire et laisser passer le flux de diffusion, de sorte que la différence de masse peut être utilisée pour la séparation isotopique. Par exemple, lorsque la méthode de diffusion gazeuse sépare les isotopes de l'uranium, la membrane de diffusion est majoritairement en nickel fritté (on utilise également des céramiques ou du polytétrafluoroéthylène).
Il y a des centaines de millions de micropores par centimètre carré de membrane, avec un diamètre d'environ 0,01 à 0,03 micron. Ils doivent répondre aux exigences du procédé de séparation, tout en maintenant la stabilité, la fiabilité et une certaine résistance mécanique dans le gaz de procédé d'hexafluorure d'uranium chaud et corrosif. Son développement est la clé technique principale de l'usine de diffusion de gaz.