Diffusionsmembran wird auch als"Trennmembran" bezeichnet. Eine Metallmembran mit feinporiger Struktur. Die Mikroporen können den normalen Luftstrom einschränken und den Diffusionsstrom passieren lassen, sodass der Massenunterschied zur Isotopentrennung verwendet werden kann. Wenn beispielsweise das Gasdiffusionsverfahren Uranisotope trennt, besteht die Diffusionsmembran meist aus gesintertem Nickel (auch Keramik oder Polytetrafluorethylen werden verwendet).
Es gibt Hunderte Millionen Mikroporen pro Quadratzentimeter der Membran mit einem Durchmesser von etwa 0,01 bis 0,03 Mikrometer. Sie müssen die Anforderungen des Trennprozesses erfüllen und dennoch Stabilität, Zuverlässigkeit und eine gewisse mechanische Festigkeit im heißen und korrosiven Uranhexafluorid-Prozessgas aufweisen. Seine Entwicklung ist der wichtigste technische Schlüssel der Gasdiffusionsanlage.