Difusioonmembraani nimetatakse ka"eraldusmembraaniks". Peene poorse struktuuriga metallmembraan. Mikropoorid võivad piirata tavalist õhuvoolu ja lasta difusioonivoolul läbida, nii et massierinevust saab kasutada isotoopide eraldamiseks. Näiteks kui gaasi difusioonimeetodil eraldatakse uraani isotoobid, on difusioonimembraan enamasti valmistatud paagutatud niklist (kasutatakse ka keraamikat või polütetrafluoroetüleeni).
Ühe membraani ruutsentimeetri kohta on sadu miljoneid mikropoore, mille läbimõõt on umbes 0,01-0,03 mikronit. Need peavad vastama eraldusprotsessi nõuetele ning säilitama kuuma ja söövitava uraanheksafluoriidi protsessigaasi stabiilsuse, töökindluse ja teatud mehaanilise tugevuse. Selle väljatöötamine on gaasi difusioonijaama peamine tehniline võti.