膜式燃气表主要由计量室、滑阀和显示器组成。由橡胶材料制成的皮膜将计量室分成两部分，滑阀使这两部分交替地与管道入口或出口相通。皮膜感受气体压力而在计量室内伸缩移动，使得计量室内两部分气体交替的吸入和排除。一台膜式燃气表中有两个计量室，滑阀的交替运动形成了气体的连续流动，再由联动机构将滑阀的运动传给显示器以显示通过的体积量。
膜式燃气表，由于生产厂商不同，其结构也不完全一样。从结构可以分整体式和独立机芯式两类，其结构和原理基本相同。它的外壳由当初的镀锌钢板焊接而成，中间有横隔板的箱式整体，改进为现在的冲压成型或压铸成型的壳体；皮膜由当初用浸油的绢纱或用铬酸法揉制的羊皮膜，改进为用聚酯纱涂双面胶的人工合成隔膜等现代技术材料，做成系列化两囊四室式膜式燃气表。
和其他容积式流量计相同，燃气表式利用流体流动过程中的压差为动力，由滑阀切换气流流向，推动膜片往复摆动、带动连杆机构，将膜片的摆动变成主动齿轮的连续转动，最后由计数器显示，以实现对气体流量的计量。