Η μεμβράνη διάχυσης ονομάζεται επίσης" μεμβράνη διαχωρισμού". Μια μεταλλική μεμβράνη με λεπτή πορώδη δομή. Οι μικροπόροι μπορούν να περιορίσουν τη συνήθη ροή αέρα και να επιτρέψουν τη διέλευση της ροής διάχυσης, έτσι ώστε η διαφορά μάζας να μπορεί να χρησιμοποιηθεί για ισοτοπικό διαχωρισμό. Για παράδειγμα, όταν η μέθοδος διάχυσης αερίου διαχωρίζει τα ισότοπα ουρανίου, η μεμβράνη διάχυσης αποτελείται κυρίως από πυροσυσσωματωμένο νικέλιο (χρησιμοποιούνται επίσης κεραμικά ή πολυτετραφθοροαιθυλένιο).
Υπάρχουν εκατοντάδες εκατομμύρια μικροπόροι ανά τετραγωνικό εκατοστό της μεμβράνης, με διάμετρο περίπου 0,01-0,03 μικρά. Πρέπει να πληρούν τις απαιτήσεις της διαδικασίας διαχωρισμού και να διατηρούν ακόμα σταθερότητα, αξιοπιστία και ορισμένη μηχανική αντοχή στο θερμό και διαβρωτικό αέριο διεργασίας εξαφθοριούχου ουρανίου. Η ανάπτυξή του είναι το κύριο τεχνικό κλειδί της μονάδας διάχυσης αερίου.