Systemy te wykorzystują wiązki polimerowych membran z włókien pustych do separacji gazów. Kiedy sprężone powietrze wchodzi do modułu, szybciej przenikające cząsteczki (O₂, CO₂, H₂O) dyfundują przez ściany membrany, podczas gdy azot (czystość 95-99,5%) wydostaje się przez rdzeń. Proces ten nie wymaga żadnych ruchomych części ani materiałów eksploatacyjnych, co czyni go idealnym do pracy zdalnej.
Chociaż oferują prostotę i niskie koszty konserwacji, membrany mają pewne kompromisy:
Konfiguracje hybrydowe są coraz bardziej popularne. Na przykład: