غشاء التبادل البروتوني أو غشاء تبادل البروتون، أو غشاء البوليمر-الإلكتروليت (PEM)، هو غشاء شبه منفذ مصنوع عمومًا من أيونميرات، ومُصمم لتوصيل البروتونات مع العمل كعازل إلكتروني وحاجز للمواد المتفاعلة، مثل الأكسجين وغاز الهيدروجين. هذه هي وظيفته الأساسية عند دمجه في مجموعة أقطاب الغشاء (MEA) لخلية وقود غشاء تبادل البروتون أو في المحلل الكهربائي بغشاء التبادل البروتوني: فصل المواد المتفاعلة ونقل البروتونات مع حجب مسار إلكتروني مباشر عبر الغشاء.
يمكن تصنيع غشاء تبادل البروتون من أغشية بوليمر نقية أو من أغشية مؤلفة، حيث تُدمج مواد أخرى في مصفوفة بوليمر. أحد أكثر مواد غشاء تبادل البروتون شيوعًا ومتوفرًا تجاريًا هو الفلوروبوليمر (PFSA) نافيون، وهو منتج من شركة دو بونت. في حين أن نافيون هو أيونومر ذو هيكل مفلور مثل التفلون،إلا أن هناك العديد من الزخارف الهيكلية الأخرى المستخدمة في صنع الأيونومر لأغشية تبادل البروتون. يستخدم الكثيرون البوليمرات متعددة الحلقات، بينما يستخدم آخرون البوليمرات المفلورة جزئيًا.
تتميز أغشية تبادل البروتون بشكل أساسي بموصلية البروتون (σ)، ونفاذية الميثانول (P)، والاستقرار الحراري.
تستخدم خلايا وقود غشاء التبادل البروتوني غشاءً بوليمريًا صلبًا (غشاء بلاستيكي رقيق) نافذًا للبروتونات عند تشبعه بالماء، ولكنه لا يوصل الإلكترونات.