膜平衡是生物化學與分子生物學術語，指的是生物膜一側的正向過程速度與其另一側的逆向速度相等的狀態，即反應的自由能達到最小值時的狀態。膜平衡有兩種情況，一種是膜兩側無機鹽離子交換後濃度相等時達到平衡；另一種是在膜的一側存有帶電荷的大分子和代謝物，它們將吸引自由穿膜的無機鹽小離子，引起唐南平衡。
根據膜平衡原理，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。在透析過程中通過彌散、滲透、對流和超濾等作用，使體內多餘的水分和溶質排出體外，從而維持水平衡和內環境的穩定，達到治療的目的。