膜分離技術是基于薄膜對氣體組分具有選擇性滲透和擴散的特性，以達到氣體分離和純化的目的。氣體中各種組分透過膜的速度不同，每種組分透過膜的速度與該氣體的性質、膜的特性和膜兩面的分壓差有關。透過膜的氣體組分不可能達到100%的純度。氣體分離膜通常可分為多孔材質和非多孔材質，它們無機物（多孔玻璃、陶瓷、金屬、電子導電性固體和鈀合金等）或有機高分子（微孔聚乙烯、多孔醋酸纖維、均質醋酸纖維、聚硅氧烷橡膠和聚碳酸脂）組成。
凈化后的壓縮空氣經過緩沖罐，聯合過濾器后由膜組一端進入，氣體分子在壓力作用下首先在膜的高壓側接觸。混合氣體在膜的高壓側表面以不同的溶解度溶于膜內，然后在膜兩側壓力差的推動下，混合氣體的分子以不同的速度向膜的低壓側擴散。經過溶解和擴散兩個過程的選擇，最終混合氣體被分離成各個組分。例如：空氣、氧氣的透過速度大于氮氣，經過膜分離之后，高壓側留下的氣體富氮，而透過去的氣體富氧。