氣動隔膜閥其結構是將一組薄的半球形的金屬薄膜夾固在閥體內，作為閥桿和流體之間的屏障。閥門關閉是通過閥桿頭和金屬薄膜將閥盤壓在閥座上來達到的。閥門的開啟是通過一個內部的彈簧，當閥桿升起并脫離和薄膜接觸的時候，閥盤就升起。由于閥門的行程等于薄膜的行程，因而這種閥門的特點升程比一般閥門要小得多。為克服因升程低而引起的阻力損失，閥座和流通面積要比一般閥門大，目的是為了得一更大的流量。由于這種閥門的閥座較大，其作用力就比通常的閥門要大得多，以便在閥盤上得到足夠的密封力，因為閥桿與閥盤之間沒有直接接觸。閥盤就不會通過閥桿而使其離開閥座，因而這種閥門適用在有壓差的單向流動中，而且通常介質是來自“閥座下面”。但在使用中應避免大量的回流，以免影響閥門的關閉。
氣動隔膜閥的隔膜把下部閥體內腔與上部閥蓋內腔隔開，使位于隔膜上方的閥桿、閥瓣等零件不受介質腐蝕，省去了填料密封結構，且不會產生介質外漏。采用橡膠或塑料等軟質密封制作的隔膜，密封性較好。由于隔膜為易損件，應視介質特性而定期更換。
受隔膜材料限制，氣動隔膜閥適用于低壓和溫度相對不高的場合。
隔膜閥按結構形式可分為：屋式、直流式、截止式、直通式、閘板式和直角式六種；連接形式通常為法蘭連接；按驅動方式可分為手動、電動和氣動三種，其中氣動驅動又分為常開式、常閉式和往復式三種。
隔膜閥一般不宜用于溫度高于60℃及輸送有機溶劑和強氧化介質的管路中，也不宜在較高壓力的管路中使用氣動隔膜閥。
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