Difúzní membrána se také nazývá"separační membrána". Kovová membrána s jemnou porézní strukturou. Mikropóry mohou omezovat běžné proudění vzduchu a umožnit průchod difúzního proudu, takže hmotnostní rozdíl lze použít pro izotopovou separaci. Když se například metodou plynové difúze oddělují izotopy uranu, je difúzní membrána většinou vyrobena ze slinutého niklu (používá se i keramika nebo polytetrafluoretylen).
Na čtvereční centimetr membrány jsou stovky milionů mikropórů o průměru asi 0,01-0,03 mikronu. Musí splňovat požadavky separačního procesu a stále si zachovávat stabilitu, spolehlivost a určitou mechanickou pevnost v horkém a korozivním procesním plynu hexafluoridu uranu. Jeho vývoj je hlavním technickým klíčem závodu na difúzi plynu.