Pompy membranowe są klasyfikowane jako pompy wyporowe. Gumowa, plastikowa lub teflonowa membrana oddziałuje na powierzchnie tłoczącą, a od zewnętrznej strony pompa zakończona jest zaworami.
Gdy objętość powierzchni wewnątrz zwiększa się (idzie go góry) , ciśnienie maleje i ciecz wtłaczana jest do komory. Gdy ciśnienie zwiększa się (membrana idzie na dół), ciecz zostaje wyparta na zewnątrz, po czym membrana znów wraca do środka, co kończy cały jeden cykl. Pompy membranowe są izolowane hermetycznie pomiędzy napędem a komorą sprężania, co pozwala na tłoczenie oraz kompresje medium bez smarowania.
Pompy membranowe mają szerokie zastosowanie w wielu gałęziach przemysłu i mogą być stosowane do pompowania wielu różnych cieczy. Pompy membranowe znajdują się w kategorii pomp "wyporowych", ponieważ ich przepływ nie różni się znacząco od wysokości podnoszenia (lub ciśnienia), z którą pracuje pompa (dla danej prędkości pompy). Pompy membranowe mogą pompować płyny o niskiej, średniej lub dużej lepkości, a także ciecze o dużej zawartości części stałych. Są też w stanie poradzić sobie z wieloma agresywnymi substancjami chemicznymi, takimi jak kwasy, ponieważ mogą być zbudowane z wielu różnych materiałów.
Membrany z elastomeru są wszechstronnie używane do wielu zastosowań, szczególnie ze względu na ograniczenia innych metod uszczelnienia. Rzadko oddziałuje na nie tarcie oraz mogą być skonstruowane specjalnie pod niskie ciśnienie. Z uwzględnieniem odpowiedniego materiału, pompy membranowe mogą służyć przez długi czas bez konieczności smarowania.
Najpopularniejszym typem pompy membranowej jest pompa membranowa sterowana powietrzem. Te pompy wykorzystują sprężone powietrze jako źródło zasilania. Zawierają one również dwie komory z membraną, wlotowym zaworem zwrotnym i wylotowym zaworem zwrotnym w każdej komorze. Zasilanie powietrzem przesuwa się z jednej komory do drugiej z zaworem suwakowym wbudowanym w pompę. To ciągłe przesuwanie powietrza z jednej komory do drugiej (do tylnej części membrany) wymusza wymywanie płynu z jednej komory i do przewodów wylotowych, podczas gdy druga komora jest napełniana cieczą. Istnieje pewna pulsacja przepływu wylotowego w pompach membranowych sterowanych powietrzem. Ten pulsacyjny przepływ można nieco zmniejszyć stosując tłumiki pulsacji w rurze tłocznej.