Diffusiemembraan wordt ook wel"scheidingsmembraan" genoemd. Een metalen membraan met een fijne poreuze structuur. De microporiën kunnen de gewone luchtstroom beperken en de diffusiestroom doorlaten, zodat het massaverschil kan worden gebruikt voor isotopenscheiding. Wanneer de gasdiffusiemethode bijvoorbeeld uraniumisotopen scheidt, is het diffusiemembraan meestal gemaakt van gesinterd nikkel (ook keramiek of polytetrafluorethyleen).
Er zijn honderden miljoenen microporiën per vierkante centimeter van het membraan, met een diameter van ongeveer 0,01-0,03 micron. Ze moeten voldoen aan de vereisten van het scheidingsproces en toch de stabiliteit, betrouwbaarheid en bepaalde mechanische sterkte in het hete en corrosieve uraniumhexafluorideprocesgas behouden. De ontwikkeling ervan is de belangrijkste technische sleutel van de gasdiffusie-installatie.