气体分子在膜的高压侧溶解于膜中，并在膜的两侧分压差驱动下在膜中扩散，并从低压侧脱逸。溶解/扩散膜利用不同组份在膜材料中溶解/扩散的速度具有很大差异，从而将各组份分离。

分离膜由多孔玻璃态高分子材料制成。利用混合组份不同气体的分子直径大小不同，在分压差驱动下通过膜中微孔是透过速度不同，小分子组份优先通过膜，而大分子组份难于通过从而将不同组份分开，下面给出不同组份在玻璃态高分子膜的透过速度比较。

复合膜主要有三层结构，最下层由无纺布或织布制成，主要提供机械支撑以适应工作压力，中间层由多孔高分子构成，主要功能是提供气体流道并对极薄的选择层进行支撑，选择层可以是玻璃态或橡胶态的高分子材料或分子筛，真正的分离过程发生在极薄的选择层内。选择层厚度通常为0.1---10um。

膜用纳米分子筛制成，分子筛的孔径介于不同组份的分子平均直径之间，使得小分子在压差驱动下顺利通过膜，而大分子则完全不能透过膜，从而将各组份分开。纳米分子筛的孔径大小决定所能分离的气体种类。

膜法多元混合气体分离因其具有投资省，重量轻，体积小，结构简单易于安装，低能耗和低维护等传统分离技术所不具备的突出优势，在能源、油气回收石化、环保等重要领域获得愈来愈广泛的应用。