Difūzijas membrānu sauc arī par"atdalīšanas membrāna". Metāla membrāna ar smalku porainu struktūru. Mikroporas var ierobežot parasto gaisa plūsmu un ļaut difūzijas plūsmai iziet cauri, tāpēc masas starpību var izmantot izotopu atdalīšanai. Piemēram, kad gāzu difūzijas metode atdala urāna izotopus, difūzijas membrāna lielākoties ir izgatavota no saķepināta niķeļa (tiek izmantota arī keramika vai politetrafluoretilēns).
Uz vienu membrānas kvadrātcentimetru ir simtiem miljonu mikroporu, kuru diametrs ir aptuveni 0,01–0,03 mikroni. Tiem jāatbilst atdalīšanas procesa prasībām un joprojām jāsaglabā stabilitāte, uzticamība un noteikta mehāniskā izturība karstajā un kodīgajā urāna heksafluorīda procesa gāzē. Tās izstrāde ir gāzes difūzijas iekārtas galvenā tehniskā atslēga.