膜材屋面以什么支承，始終是膜結構設計中有待于探索的問題。也許當初是從氣球或橡皮艇受到的啟發，人們考慮以空氣為支承，就是向氣密性好的膜材所覆蓋的空間注入空氣，利用內外空氣的壓力差使膜材受拉，結構就具有一定的剛度來承重。早在第二次世界大戰后期，美國就曾用氣承式膜結構建造了一些小直徑的雷達罩棚用于軍事目的，而大阪博覽會的美國館則是大跨度氣承式膜結構的里程碑。在大阪博覽會上還出現了一種氣脹式膜結構，即將膜材本身做成一個封閉體，注入空氣的壓力要比氣承式大得多。象富士館就是以輪胎狀的半圓形筒體組成50m直徑的圓頂，在節日廣場大跨度網架上，鋪設的屋面板是上下兩層，其為聚酯膜材，10.8m見方的充氣板。
 　　氣承式膜結構用作大跨度體育館屋頂,建成之后由于在惡劣天氣時維護不當,曾出現過好幾次事故,輕者屋面下癟，重者膜材被撕裂，砸壞了下面的設施。這些事故雖然只造成一些財產的損失，并沒有人員傷亡，但在公共建筑中屋面出問題，還是引起了公眾的關注，甚至對氣承式膜結構是否安全也產生了疑問。
 　　1986年以后，在美國建造的大型體育館就沒有采用過空氣膜結構，對于有些已建成的體育館，其膜材將達到保證的使用年限，需改建時也不再考慮采用氣承式膜結構。不過由于其造價低廉、安裝方便，中小跨度的健身房、網球館、倉庫等，氣承式膜結構還是受到歡迎。
 　　對膜結構能否用在永久性建筑上一向比較慎重的日本，卻在東京后樂園采用了氣承式膜結構。它在構造上與以前在美國建造的空氣膜結構沒有什么差別，其主要特點是在屋頂上采用了先進的自動控制系統，同時屋面膜材為雙層，其間有循環的熱空氣，以融化雪。這個號稱為機械、電子與土建相結合的智能建筑，確保了膜結構的安全與體育館的正常運行。然而，曾幾何時，昂貴的運轉與維持費用又使后樂園背上了沉重的經濟包袱。近年來日本大量建造穹頂，而沒有繼續采用氣承式膜結構。1997年日本熊本公園體育場主屋蓋采用了加勁索的雙層氣脹式膜結構，使空氣再一次作為膜的支承。熊本穹頂融合了車輪型雙層圓形懸索和氣脹式膜結構的特點，成為一種新型的雜交結構。直徑107m的圓形屋頂宛如一朵浮云覆蓋著體育館，雙層膜之間的充氣量遠小于要對整個室內空間充氣的氣承式膜結構。一旦漏氣，屋蓋還可由鋼索支承，不至于塌落。
 　　美國工程師蓋格（D.Geiger）是氣承式膜結構的先驅者，他設計了大阪博覽會的美國館，其后又將改進的玻璃纖維膜材用于銀色穹頂。由于氣承式膜結構出現過的多次事故，使他察覺到空氣支承的潛在缺陷，轉而尋求其他的支承方式。在此之前，美國的發明家和工程師富勒（B.Fuller）提出了張拉整體（Tensegrity）的概念,即以連續的受拉鋼索為主，以不連續的壓桿為輔，組成一種結構體系，然而他的概念始終沒有在工程中實現。蓋格創造性地把這個概念運用到以索、膜與壓桿組成的索穹頂（cable dome）設計上，荷載從中心受拉環通過一系列輻射狀脊索,受拉環索與斜拉索傳到周圍的受壓圈梁上。索穹頂首先用在1986年韓國漢城奧運會的體操館與擊劍館上，其直徑分別為120m與93m。其后又得到了不斷的發展，跨度最大的是美國佛羅里達州的太陽海岸穹頂，直徑達210m。此外，美國李維（M.levy）也繼承了張拉整體的構想，并采用了富勒的三角形網格，設計了雙曲拋物面的張拉整體穹頂，其代表作就是1996年在美國亞特蘭大舉行的奧運會主館--佐治亞穹頂，這個240mX192m的橢圓形索膜結構成為世界上最大的室內體育館。主要依靠索來支承膜的索穹頂是膜結構體系的一大進展。
 　　膜材也完全可以支承在平面或空間結構上，如拱、網殼等，其材料可選用鋼、木或鋁合金。象日本秋田天空穹頂采用了鋼結構的空間拱系，而位于同一地區的大館穹頂，178mX157m卵形平面上以雙向膠合木拱支承著雙層膜面。膜結構還可以采用桅桿作為支承，賦予建筑立面以新的變化,第一個采用涂覆PTFE玻璃纖維織物的拉維思學生活動中心屋頂由4個圓錐形的帳蓬組成，每一個圓錐體有一傾斜15度的桅桿，支承膜材的鋼索就由桅桿頂部輻射狀地伸向周圍的圈梁。英國千年穹頂的12根桅桿穿出了屋面，膜面支承在72根輻射狀的鋼索上，這些鋼索則通過斜拉吊索與系索由桅桿所支撐，吊索與系索對桅桿起穩定作用。在這些建筑中，傳統的承重結構與先進的膜面形成了完美的結合。
 　　從多年來國內外的實踐經驗來看，由于新材料、新形式的不斷出現，膜結構具有強大的生命力，必將是21世紀建筑結構發展的主流。它的應用范圍不僅限于體育或展覽建筑，已向房屋建筑的各個方面擴展，因而具有廣闊的發展前景。如今，膜結構更是在生活中深深扎根，張拉膜、透光膜、燈膜、拉展天花、軟膜天花等，廣泛應用于停車棚(汽車棚)、收費站、體育場、看臺、加油站、賓館、商場、洗浴中心、服裝專賣店、ETFE膜建筑、空間膜、索膜、遮陽篷(棚)、車棚等膜結構景觀小品的設計及制作安裝。在中國，膜結構的開發與研究還剛剛起步，因此當務之急是學習并引進國外先進技術，開發生產我國自己的膜材，解決設計中存在的問題。膜結構在中國也將會得到越來越多的應用。