气体分离膜是以溶解扩散机理进行分离的。即：气体首先在膜表面进行溶解，溶解在膜表面的气体进一步在膜主体内扩散。气体对膜的溶解能力越强以及气体在膜内的扩散速度越快，都将导致该种气体更加容易的透过膜。一般来说，根据相似相溶性原理，由于膜大多是由有机高分子材料制成的，因此有机气体更易溶解在膜内，也就是有机气体溶解性更强；小分子气体，由于其分子半径小，因此更容易在膜内扩散，也就是小分子气体扩散性更强。图1 是一些常见气体对某一特定膜的渗透速度比较。

    为了能够定量的表征各种气体的渗透速度，并且将溶解性及扩散速度定量化，我们定义：P = D× S。其中P 是渗透系数，D 是扩散系数，S 是溶解度系数。P 是表征膜性能的一个重要参数。表征膜性能的另外一个重要参数是分离系数α，α = P1/ P2，其中P1 为快气的的渗透系数，P2 为慢气的渗透系数，因此α ≥ 1。α越大，表明膜的分离能力越强。一般来说，渗透系数的大小代表了膜技术的经济性，因为膜的渗透系数越大，意味着所用膜数量的减少，而分离系数的大小代表了膜技术的可行性，因为膜的分离系数越大，所能达到的分离效果越好。而往往这两个参数也是互相影响的，并不是绝对的，也就是说渗透系数也有可能决定了技术的可行性，分离系数也有可能决定了技术的经济性，但那都是间接的。