Мембранным, или диафрагменным называются такие насосы, основным рабочим органом (создающим разрежение в рабочей камере) которых является упругая диафрагма или мембрана. Для того чтобы в рабочей камере насоса мембрана создавала рабочее разрежение, ее надо привести в колебательное движение, совершаемое постоянно и равномерно. В самом простейшем случае для этого достаточно совместить мембрану с отверстием, например, в картере двигателя внутреннего сгорания, перепады давления внутри которого и заставят колебаться мембрану. Однако такое техническое решение может привести к попаданию перекачиваемой жидкости не туда, куда надо. Поэтому для привода мембраны используются специальные толкатели, двигаемые, в свою очередь, эксцентриком главного или вспомогательного вала другого механизма. Именно по этой причине мембранный насос с электроприводом, когда толкатель приводится в действие эксцентриком, укрепленным на валу электродвигателя, применяется реже всего, поскольку технически проще система с закрепленной на валу «улиткой» для перекачивания жидкостей за счет центробежной силы. Однако такая схема применяется в том случае, если перекачиваемая жидкость должна перемещаться по трубопроводу максимально равномерно.

Чаще всего мембранные насосы делают с одной рабочей камерой, когда мембрана является и засасывающим и проталкивающим устройством. Однако для увеличения производительности таких насосов может быть применено две мембраны, расположенные каждая в своей камере. В этом случае одна играет роль засасывающей, вторая проталкивающей. Такое техническое решение значительно увеличивает сложность механизма и уменьшает его надежность, поэтому применяется крайне редко.

Для обеспечения нормальной работы мембранного насоса на входящей и выходящей магистрали в обязательном порядке устанавливаются клапаны, которые обеспечивают правильное направление перекачиваемой жидкости или жидкой субстанции. При такте всасывания одним из них перекрывается выходная магистраль, а при такте проталкивания другой закрывает подводящую магистраль. От того насколько хорошо работают эти клапаны зависит и качество работы насоса, поэтому уделяется максимальное внимание материалу и форме, из которых они изготовлены. В самом простом случае это шарики из черного металла, поджатые пружиной к седлу клапана. Однако такое техническое решение нельзя считать удовлетворительным, поэтому такие клапаны делают, в большинстве случаев, из химически нейтральных пластмасс или специальной керамики.

Мембранные насосы имеют очень широкое применение, особенно там, где надо обеспечить максимально равномерное передвижение перекачиваемых жидкостей по трубопроводам. Поэтому их можно встретить не только в двигателях автомобилей, но и в медицинских учреждениях, на химических производствах и в пищевой промышленности. Практически единственным условием для успешной работы такого насоса является химическая нейтральность материала мембраны по отношению к перекачиваемой жидкости.