膜式干燥机的原理是利用空气中气体成分的选择性渗透对气体进行干燥。这种干燥机呈圆筒形，内有数千根非常纤细并带有内部涂层的空心聚合物纤维。这些纤维具有选择性渗透能力，可以除去水蒸气。过滤后的湿压缩空气进入圆筒，膜片上的涂层允许水蒸气透过膜片，并收集在纤维之间，而干燥空气则会在与流入的湿空气几乎相同的压力下继续流过圆筒中的纤维。渗透的水被排至圆筒之外的大气中。这种渗透或分离是通过中空纤维内外之间的气体分压差实现的。膜式干燥机工作原理简单、运行安静，无运动部件，并且功耗低，保养需求非常低（主要是干燥机上游的过滤器需要保养）。膜片除了可以滤除水之外，还可以实现气体成分的分离，这具体取决于纤维材料的特性。可利用气体的分子大小差异以及气体在膜片中溶解度的差异，实现不同气体的分离。分子越小的气体，扩散性越高，所以可利用运动能力的差异来分离不同气体。举例来说，可以使用特定的膜片来制造制氮机。