氣動隔膜閥的結構特點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。為了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。一般來說，在高溫、高壓下選用金屬隔膜閥是經濟、的該閥還可以選用在不希望使用合成橡膠隔膜閥的低溫、低壓場合。
