Мембранные запорные клапаны имеют особое конструктивное решение: упругая мембрана, выполняющая функции золотника, перемещается вдоль оси потока в седле клапана, перекрывая проход и обеспечивая при этом герметизацию рабочей полости клапана по отношению к внешней среде. Такие клапаны обычно изготавливаются из чугуна, а внутренние полости их покрываются защитным коррозионностойким слоем из неметаллических материалов (резина, пластмасса, эмаль).
Для применения в опасных и высокотоксичных средах используются клапаны с сильфонным уплотнением.
В качестве быстродействующей арматуры используются запорные клапаны, открытие и закрытие которых происходит за счет срабатывания пружины. Пружина «взводится» пневмо- или гидроприводом. Сюда относятся и клапаны с мембранным пневмоприводом.