气动隔膜阀的结构特点是将一组薄的半球形的金属薄膜夹固在阀体内，作为阀杆和流体之间的屏障。阀门关闭是通过阀杆头和金属薄膜将阀盘压在阀座上来达到的。阀门的开启是通过一个内部的弹簧，当阀杆升起并脱离和薄膜接触的时候，阀盘就升起。由于阀门的行程等于薄膜的行程，因而这种阀门的特点升程比一般阀门要小得多。
为了克服因升程低而引起的阻力损失，阀座和流通面积要比一般阀门大，目的是为了得一更大的流量。由于这种阀门的阀座较大，其作用力就比通常的阀门要大得多，以便在阀盘上得到足够的密封力，因为阀杆与阀盘之间没有直接接触。阀盘就不会通过阀杆而使其离开阀座，因而这种阀门适用在有压差的单向流动中，而且通常介质是来自“阀座下面”。但在使用中应避免大量的回流，以免影响阀门的关闭。一般来说，在高温、高压下选用金属隔膜阀是经济、有效的该阀还可以选用在不希望使用合成橡胶隔膜阀的低温、低压场合。
隔膜把下部阀体内腔与上部阀盖内腔隔开，使位于隔膜上方的阀杆、阀瓣等零件不受介质腐蚀，省去了填料密封结构，且不会产生介质外漏。
1、采用橡胶或塑料等软质密封制作的隔膜，密封性较好。由于隔膜为易损件，应视介质特性而定期更换。
2、受隔膜材料限制，隔膜阀适用于低压和温度相对不高的场合。