膜平衡原理描述了生物膜兩側離子和分子的分布達到動態平衡的狀態。在這種狀態下，生物膜一側的正向過程速度與其另一側的逆向速度相等，即反應的自由能達到最小值。膜平衡可以分為兩種情況：
當膜兩側無機鹽離子交換後，濃度相等時達到平衡。
在膜的一側存在帶電荷的大分子和代謝物時，它們會吸引自由穿膜的無機鹽小離子，引起唐南平衡。
此外，膜平衡還涉及到帶電粒子不通過薄膜的情況，這時膜內外離子濃度可能不等，但陰陽離子濃度乘積相等的平衡現象被稱為唐南平衡。大分子和小分子同時存在時，大分子不能通過半透膜，小分子可自由通過，但受到不能透過半透膜的大分子存在的影響而在膜內外兩邊分布不均勻。唐南平衡反映了大分子存在時，小分子受其制約而表現的分布規律。
在透析過程中，膜平衡原理也起著重要作用。半透膜兩側液體各自所含溶質濃度的梯度差及其所形成的不同滲透濃度，可使溶質如鈉、鉀離子從濃度高的一側通過平衡膜向濃度低的一側移動（彌散作用）。而水分則從滲透濃度低的一側移向滲透濃度高的一側（滲透作用），直至達到動態平衡。血液中的代謝產物和電解質可以通過透析膜彌散到透析液中，而透析液中的物質也可以彌散到血液中，以達到清除體內代謝廢物和糾正水、電解質和酸鹼平衡的治療目的。
在絲光原理的套用中，膜平衡原理用來闡明纖維素與鹼液反應後，纖維素—O-、Na+、OH-等離子在纖維內部和外部的平衡狀態。這種平衡狀態下，膜內外離子的濃度和電性中和條件必須保持，以確保纖維的溶脹和滲透壓的產生。