Дифузійну мембрану також називають"сепараційна мембрана". Металева мембрана з тонкою пористою структурою. Мікропори можуть обмежувати звичайний потік повітря і пропускати дифузійний потік, тому різницю мас можна використовувати для поділу ізотопів. Наприклад, коли газодифузійний метод розділяє ізотопи урану, дифузійну мембрану переважно виготовляють із спеченого нікелю (також використовується кераміка або політетрафторетилен).
На квадратний сантиметр мембрани припадає сотні мільйонів мікропор, діаметр яких становить приблизно 0,01-0,03 мкм. Вони повинні відповідати вимогам процесу поділу, а також зберігати стабільність, надійність і певну механічну міцність у гарячому та корозійному технологічному газі гексафториду урану. Його розвиток є основним технічним ключем газодифузійної установки.