质子交换膜主要应用是质子交换膜燃料电池，燃料电池在商业和军事应用具有广泛的应用，包括航空航天、汽车和能源。质子交换膜燃料电池具有工作温度低、启动快、比功率高、结构简单、操作方便等优点，电动汽车、固定发电站等的首选能源。在燃料电池内部，质子交换膜为质子的迁移和输送提供通道，它的好坏直接影响电池的使用寿命。随着燃料电池需求量的增加，我国质子交换膜市场规模逐年增加，其中2022年中国质子交换膜市场规模同比增长13.7%。
质子交换膜燃料电池在国民经济中的各个领域，应用广泛。国外企业在中国有大量的投资，从而中国制造未来的竞争力也成为关注的焦点。中国目前是全球最大的电池出口国，其中美国大部分的消费产品都是中国制造，其中也包括出自美国和其他国外企业在中国所设工厂的产品。近几年中国劳工成本快速上升，环保及社会福利成本增加，人民币汇率也不断升高，对中国质子交换膜燃料电池产业竞争力影响很大。
根据中研普华研究院撰写的《2023-2028年中国质子交换膜行业发展现状分析及投资前景预测研究报告》显示：
质子交换膜(Proton Exchange Membrane，PEM)，也叫质子膜或者氢离子交换膜，是一种致密的离子选择性透过的膜，最 早应用于海水淡化与氯碱工业，近年来，随着燃料电池、液流电池等新能源技术的发展，质子交换膜成为新能源领域的关键 材料，广泛应用于电解水制氢、燃料电池以及全钒液流电池等领域。
目前市面上主要使用的是全氟磺酸质子交换膜：其主链主要是由高度疏水的碳氟骨架构成，而亲水磺酸基则分布在侧链上， 这些基团容易聚在一起形成若干富离子区域，这些富离子区域彼此相连形成有利于质子传递的通道，从而形成较高的质子导 电能力。而由于主链的碳氟结构，使得膜具有优异的化学稳定性、水稳定性和较高的机械稳定性。
质子交换膜的工业化历程始于20世纪70年代，最早由美国杜邦公司开发全氟磺酸离子分离膜并将其应用于氯碱工业，后续美 国通用公司将全氟磺酸膜应用于质子交换膜燃料电池，美国GE公司将全氟磺酸膜应用于电解制氢技术。 国内方面，东岳集团2010年宣布中国自主研发的全氟离子膜和燃料电池膜实现国产化，其子公司东岳未来氢能公司质子交换 膜项目一期投产，产能达50万平米/年。