膜結構體系包括氣承式膜結構、氣枕（囊）式膜結構和張拉膜結構。
從工程的角度來說，膜結構是有厚度不變的薄膜組成的，依靠其曲面形狀和固有的大變形能力來承受荷載，并通過施加適當的預應力來保證起剛度。
不管僅充當維護功能的膜結構還是兼有承載力和維護雙重作用的膜結構，膜材都必須施加預應力。因此，從這種意義上來說，膜結構的演變過程就是如何對膜材施加預應力的過程。當然這個過程與膜材工藝的發展，以及建筑安裝技術、計算機技術、設計數值分析理論與方法的發展分不開。
1、氣承式膜結構
氣承式膜結構是由膜面內外壓差來穩定形狀的正高斯張力曲面的膜結構。內外壓差可通過鼓風機向氣密膜材覆蓋的空間內送風而實現。氣承結構不需要諸如墻、柱、拱等剛性構件作為支承，從而使其成為建筑史上最輕質、最簡約的人工結構，起理論跨度可以達到幾千米。
2、氣囊（枕）式膜結構
氣枕式膜結構是靠膜面內外壓差來承載的，氣枕式膜結構需要雙層膜，在雙層膜之間充氣，達到一定氣壓才具有穩定的形狀，并承受外部荷載與作用。氣枕及其組合主要用做屋面或立面等維護結構。為了使氣枕屋頂具有良好的透光性和保溫效果，一般采用ETFE膜。可在氣枕內增加內膜以減少氣體的對流，從而提高其保溫效果。
3、張拉膜結構
張拉膜結構是通過機械方式在膜面內沿著其邊界張拉而生產預應力的負高斯曲面的膜結構。