Deze systemen gebruiken bundels van holle-vezel polymeer membranen om gassen te scheiden. Wanneer perslucht de module binnengaat, diffunderen sneller permeërende moleculen (O₂, CO₂, H₂O) door de membraanwanden, terwijl stikstof (95-99,5% zuiverheid) door de kern naar buiten komt. Het proces vereist geen bewegende delen of verbruiksartikelen, waardoor het ideaal is voor externe operaties.
Hoewel ze eenvoud en weinig onderhoud bieden, hebben membranen compromissen:
Hybride configuraties worden steeds populairder. Bijvoorbeeld: