Pompa membranowa – pompa wyporowa, w której organem roboczym jest gumowa, plastikowa lub (dawniej) skórzana membrana poruszana za pomocą dźwigni, cyklicznie wtłaczanego sprężonego powietrza lub cieczy.

Przykładową konstrukcję pompy membranowej pokazuje rysunek. Membrana (1) napędzana cięgnem (2) na przemian powiększa lub pomniejsza objętość komory roboczej (3). Samoczynnie zamykające lub otwierające się zawory: ssawny (4) i tłoczny (5) - pozwalają przepompowywać ciecz z rurociągu ssawnego do tłocznego.

Pompa membranowa charakteryzuje się brakiem przecieków. Z tego powodu używana jest do pompowania cieczy zanieczyszczonych i toksycznych.