Una membrana semipermeable, también llamada membrana selectivamente permeable, membrana parcialmente permeable o membrana permeable diferenciable, es una membrana que permitirá que ciertas moléculas o iones pasen a través de ella por difusión, y ocasionalmente especializada en "difusión facilitada". El índice del paso depende de la presión, la concentración y la temperatura de las moléculas o de los solutos en cualquier lado, así como la permeabilidad de la membrana para cada soluto. Dependiendo de la membrana y del soluto, la permeabilidad puede depender del tamaño del soluto, de características de la solubilidad, o de la química. Un ejemplo de una membrana semipermeable es una bicapa lipídica, en la cual se basa la membrana plasmática que rodea todas las células biológicas. Muchos materiales naturales y sintéticos más gruesos que una membrana también son semipermeables. Un ejemplo de esto es la fina película en el interior de un huevo.

Las membranas semipermeables existen sobre todo en las células y en el tracto digestivo de uno.

Una membrana semipermeable consiste de una bicapa fosfolípidica, esencialmente significando que un grupo de fosfolípidos (consistiendo en una cabeza de fosfato y 2 colas ácido-graso), se arregla a sí mismos en una doble-capa, con las cabezas de fosfato hidrofílicos expuestos al contenido de agua fuera y dentro de la célula, mientras que las colas hidrofóbicas del ácido-graso se ocultan en el interior. La bicapa fosfolípidica es la más permeable a los solutos sin cambios pequeños. Los canales de proteína flotan a través de los fosfolípidos, y colectivamente, este modelo es conocido como modelo de mosaico fluido.

Otro ejemplo de una membrana semipermeable es el tubo de diálisis.