เมมเบรนหลังคาเป็นระบบหลังคาชนิดหนึ่งที่ออกแบบมาเพื่อลดการรั่วไหลและการรวมกำไรที่เกี่ยวข้องกับวัสดุมุงหลังคาอื่น ๆ ระบบนี้จะค่อยๆแทนที่หลังคายางมะตอยแบบดั้งเดิมที่พบในบ้านและธุรกิจจำนวนมาก มันมักจะใช้กับหลังคาที่แบนหรือลาดเล็กน้อย พื้นฐานของระบบหลังคาเมมเบรนมีสามประเภท ได้แก่ เมมเบรนเทอร์โมเซตเมมเบรนเทอร์โมพลาสติกและบิทูเมนดัดแปลง
ด้วยเมมเบรนเทอร์โมเซตหลังคาแผ่นยางจะถูกวางข้ามพื้นผิวของหลังคาโดยมีตะเข็บซ้อนทับกัน ตะเข็บถูกทำให้ร้อนซึ่งทำให้ชั้นยางหลอมรวมกัน เนื่องจากชนิดของยางที่ใช้กับระบบนี้ความร้อนทำให้แผ่นเกิดพันธะเคมีทำให้ตะเข็บมีความแข็งแรงเท่ากับแผ่นด้วยตนเอง ยางอยู่ระหว่าง 45 และ 60 มิล (1.14 1.52 มม.) ทำให้ไม่สามารถต้านทานได้เมื่อมันถูกน้ำรั่ว
ระบบเมมเบรนเทอร์โมพลาสติกมีลักษณะคล้ายกับระบบเทอร์โมเซต แต่ประกอบด้วย PVC หรือวัสดุที่คล้ายกันแทนยาง แผ่นพีวีซีไม่ได้ยึดติดกับสารเคมีเมื่อถูกความร้อน แต่ให้ผนึกแน่นเพื่อป้องกันน้ำเข้าสู่ตะเข็บ ระบบเหล่านี้มักจะไม่แพงเท่าเยื่อหุ้มเทอร์โมเซ็ต แต่อาจต้องมีการบำรุงรักษาและซ่อมแซมบ่อยกว่า
ระบบ Bitumen ดัดแปลงเป็นหลังคาเมมเบรนชนิดราคาไม่แพงและเป็นที่นิยมมากที่สุดสำหรับการใช้งานที่อยู่อาศัย สารประกอบยางและสารปรับแต่งอื่น ๆ จะถูกเพิ่มเข้าไปในสารประกอบหลังคายางมะตอยแบบดั้งเดิมซึ่งถูกทำให้ร้อนด้วยไฟฉายเพื่อที่จะหลอมละลายและผนึกแน่นบนหลังคา ระบบน้ำมันดินแบบดัดแปลงใหม่ถูกนำไปใช้โดยไม่มีความร้อน สารประกอบแอสฟัลต์และยางถูกนำไปใช้กับแผ่นงานในโรงงานทำให้ผู้ติดตั้งสามารถวางแผ่นกาวในตัวบนหลังคาซ้อนทับตะเข็บเพื่อสร้างซีลกันรั่ว
มีประโยชน์ที่สำคัญหลายประการในการใช้ระบบหลังคาเมมเบรนแทนวัสดุมุงหลังคาแบบดั้งเดิม หลังคายางมะตอยแบบคลาสสิกมีแนวโน้มที่จะรั่วไหลเนื่องจากการก่อสร้าง ตะเข็บไม่ได้ปิดผนึกอย่างแน่นหนาและน้ำสามารถซึมเข้าไปในบ้านได้ ในทางกลับกันหลังคาเมมเบรนนั้นไร้รอยต่อแทบจะนำไปสู่การรั่วไหลน้อยลง
ข้อดีอีกอย่างของหลังคาเมมเบรนคือไม่จำเป็นต้องเพิ่มชั้นเคลือบผิวกรวดซึ่งโดยทั่วไปจะต้องใช้กับหลังคายางมะตอย กรวดไม่เพียง แต่ใช้ยึดแอสฟัลต์เท่านั้น แต่ยังช่วยป้องกันแสงแดดจากความร้อนของแอสฟัลต์มากเกินไป ระบบหลังคาเมมเบรนติดตั้งโดยตรงกับโครงสร้างหลังคาทำให้ไม่จำเป็นต้องกรวด นอกจากนี้หลังคาเหล่านี้มักจะเป็นสีขาวหรือสีอ่อนซึ่งช่วยสะท้อนรังสีดวงอาทิตย์และทำให้บ้านเย็น
