Зовні мембранний бак виглядає як герметична бочка з фланцем для підключення до трубопроводу.
Мембранний бак – це герметичний посудину, в якому є два відсіки, розділених гнучкою мембраною:
Відсіки розділені еластичною мембраною, яка здатна стискуватися і розтягуватися, змінюючи тим самим співвідношення між обсягами одного і другого відсіків. Відсік з повітрям має вентиль з ніпелем, через яке можна змінювати тиск повітря, тим самим регулюючи роботу мембранного бака. Саме від тиску повітря буде залежати, який обсяг води і під яким тиском зможе вступати у водяній відсік.
Коли тиск води в системі зростає, водяний відсік бака розширюється і заповнюється великим об'ємом води, а відсік з повітрям стискається. При зменшенні обсягу тиск повітря зростає до тих пір, поки не врівноважить тиск води. Коли тиск у системі падає (і стає менше, ніж тиск повітря), під дією тиску повітря мембрана скорочується, відсік з водою зменшується, виштовхуючи воду назад у систему, компенсуючи втрати тиску. Мембранний розширювальний бак буде «віддавати» воду в систему до тих пір, поки тиск води і повітря не зрівноважать один одного.
Відомо, що вода при нагріванні збільшується в об'ємі (приблизно на 4% при нагріванні до 90 градусів), тому в замкнутих системах опалення необхідно використовувати розширювальні баки, які будуть компенсувати розширення води. Розмір розширювального бака повинен відповідати опалювальній системі: обсяг бака повинен бути таким, щоб «погасити» розширення всієї води, що знаходиться в системі опалення. Якщо не використовувати розширювальний бак, то при нагріванні тиск води в трубах зросте дуже сильно, це може призвести до пошкодження труб та опалювального обладнання.