Diffusionsmembran kaldes også"separationsmembran". En metalmembran med en fin porøs struktur. Mikroporerne kan begrænse den almindelige luftstrøm og lade diffusionsstrømmen passere, så masseforskellen kan bruges til isotopadskillelse. For eksempel, når gasdiffusionsmetoden adskiller uraniumisotoper, er diffusionsmembranen for det meste lavet af sintret nikkel (der også bruges keramik eller polytetrafluorethylen).
Der er hundredvis af millioner af mikroporer pr. kvadratcentimeter af membranen med en diameter på omkring 0,01-0,03 mikron. De skal opfylde kravene til separationsprocessen og stadig opretholde stabilitet, pålidelighed og en vis mekanisk styrke i den varme og ætsende uranhexafluorid procesgas. Dets udvikling er den vigtigste tekniske nøgle til gasdiffusionsanlægget.