Zawór membranowy działa na zasadzie przesuwania membrany, która zamyka lub otwiera przepływ medium. Membrana jest elementem elastycznym, zwykle wykonaną z gumy, tworzywa sztucznego lub kompozytu, i reaguje na zmiany ciśnienia w układzie.

Zawór może być sterowany ręcznie, automatycznie lub pneumatycznie. W zależności od zastosowanego mechanizmu napędu, membrana w zaworze może otwierać lub zamykać przepływ, w pełni lub częściowo.