Les avantages des vannes à membrane sont similaires à ceux des vannes à manchon. L'élément de fermeture n'est pas mouillé par le fluide de traitement et peut donc être fabriqué à partir de matériaux moins coûteux dans des fluides de traitement agressifs. Le flux d'écoulement passe en ligne droite ou presque et produit une petite chute de pression, ce qui le rend idéal pour les opérations de commutation et évite la génération de turbulences. La vanne à membrane peut également être utilisée pour le fonctionnement en étranglement. Cependant, lors du maintien d'une position d'étranglement près du bas du corps de la vanne, de petites particules peuvent parfois pénétrer dans le fond de la membrane ou du corps de la vanne et provoquer de la corrosion. Étant donné que la membrane est située à l'intérieur du corps de la vanne contenant la pression, les vannes à membrane peuvent supporter des pressions légèrement plus élevées que les vannes à serrage, mais la plage globale de pression et de température dépend de la ténacité du matériau ou du renforcement du diaphragme. Les passages d'écoulement du corps de vanne sont liés à la ténacité de la membrane. Un autre avantage de la vanne à membrane est que si la membrane tombe en panne, le corps de la vanne peut s'adapter à un débit peu profond, ce qui est préférable au serrage du boîtier de la vanne.
Les conditions d'application des vannes à membrane sont similaires à celles des vannes à manchon. Le rebond du diaphragme lui permet de sceller les particules dans le fluide, ce qui le rend idéal pour un fonctionnement dans des boues, des matériaux de traitement ou des fluides contenant des solides.