氣動薄膜調節閥由氣動薄膜執行機構和閥體兩部分組成，閥體結構壹般為直行程類，常見有單座、雙座、套筒、角型、三通、滑板、隔膜等結構。主要由閥蓋、閥芯，閥座、閥桿、填料函等組成。閥桿上端與薄膜機構推桿下端相連，推桿帶動閥桿移動，使閥芯移動，改變了閥芯與閥座間流體的流通面積，從而改變了流體的流量，達到調節的目的。其上閥蓋形式有普通型(適用工作溫度為-17～230℃)、散熱型(適用於-45～450℃)和長頸型(適用於-196～-100℃或230～566℃)。流體的溫度越低，上閥蓋、閥桿應越長。閥體部分又分為單座閥和雙座閥兩種。單座閥適用於低壓差的場合；雙座閥適用於壓差較大的場合。
氣動薄膜執行機構分為老式氣動薄膜執行機構和精小型氣動薄膜執行機構。主要由上下膜頭、波紋膜片、壓縮彈簧、推桿等組成。當調節器或手動操作器的信號壓力進入由膜頭膜片構成的膜室時，在膜片上產生推力，使推桿移動，彈簧壓縮。當彈簧產生的反作用力與薄膜的推力平衡時，推桿停止移動。壹般薄膜調節機構的信號壓力為0.02～0.1MPa或0.04～0.2MPa。即當信號壓力為0.02(或0.04)MPa時，推桿開始動作；當信號為0.1(或0.2)MPa時，推桿走完全行程。薄膜調節機構又分為正作用式和反作用式兩種。正作用式的信號壓力由膜片上部引入，當信號壓力增大時，膜片帶動推桿向下移動；反作用式是將信號壓力由膜片下部引入，信號壓力增大時，推桿向上移動。
氣動薄膜調節閥壹般配有手輪機構，在氣源中斷時可以隨時進行手動調整。有的還配有閥門定位器，可以提高調節閥的調節性能。