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.