A membrános szakirodalomban az alkalmazott membrán pórusméretétől függően háromféle áramlást szoktak megkülönböztetni (2.2. ábra).

 

 

A nagyobb méretű pórusok esetén a gázok molekulái szabadon áramolnak át a pórusokon, sebességük között nincs különbség. A nagyon kicsi pórusokat tartalmazó membránok ún. molekuláris szitaként működnek, és szinte kizárólag a póruson átférő, apró gázmolekulák (például hidrogén) jutnak át, jellemzően elég alacsony fluxussal. A két „véglet” között helyezkedik el az ún. Knudsen-áramlás, ahol a pórusok mérete hasonló a gázmolekulák átlagos szabad úthosszához, így a gázmolekulák viszonylag gyakran beleütköznek a pórus falába. Ezért átjutási sebességük már eltérő lesz, s ez az alapja az elválasztásnak.

 

 

ahol Joi az i-edik komponens fluxusa, so a pórus keresztmetszete, Ni az i-edik komponens móltörtje, r a pórus sugara, Dk a Knudsen-féle diffúziós koefficiens, Δp a nyomáskülönbség a membrán két oldalán, R a gázkonstans, T a hőmérséklet, τ a tortuozitás és l a membrán vastagsága.. A Dk értékét a következőképpen szokták meghatározni:

 

 

ahol M a molekula tömege.

 

 

A Knudsen-áramlásnak azonban van egy másik fontos vetülete is. A nempórusos membránokkal történő gázszeparáció során, ha kompozit membránt használnak (ahol a sűrű aktív réteget pórusos támasztóréteg tartja), a pórusos rétegben fellépő Knudsen-áramlás hozzájárulhat az összáramláshoz.