两种或两种以上的气体混合物通过高分子膜时，由于各种气体在膜中的溶解和扩散系数的不同，导致气体在膜中的相对渗透速率有差异。在驱动力——膜两侧压力差作用下，渗透速率相对较快的气体，如水蒸汽、氢气、二氧化碳和氧气等优先透过膜而被富集；而渗透速率相对较慢的气体，如甲烷、氮气和一氧化碳等气体则是在膜的滞留侧被富集，从而达到混合气体分离的目的。

空气压缩机提供的压缩空气经过空气净化处理系统，除去空气中的油、颗粒、水等，洁净的空气进入膜件进行氧、氮分离，产生的氮气进入到用户用气工段。完整的膜制氮系统由空气压缩系统、空气净化处理系统、膜分离制氮系统及控制系统组成。流程图如下：