质子交换膜(Proton Exchange Membrane，PEM)是质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell，PEMFC)的核心部件，对电池性能起着关键作用。
它不仅具有阻隔作用，还具有传导质子的作用。全质子交换膜主要用氟磺酸型质子交换膜;nafion重铸膜;非氟聚合物质子交换膜;新型复合质子交换膜等。质子交换膜主要应用于氯碱工业和燃料电池两大领域 ，在氯碱工业中的应用已经比较成熟，在燃料电池领域的应用已经得到充分肯定， 在其他领域也有应用，如渗透汽化、气体分离、光催化及有机合成等。
从一辆氢能源车的成本来看，电池系统占比40%，是氢燃料电池车的核心，而按照电解质分类，氢燃料电池被称为PEMFC(质子交换膜燃料电池)，可见其核心是PEM(质子交换膜)。然而，PEM的生产难度大，成本高，严重制约了氢燃料电池生产成本的降低。如果要想实现氢燃料电池车的市场化，关键就在于PEM的规模化生产。
据中研产业研究院《2024-2029年中国质子交换膜行业发展分析及投资前景预测研究报告》分析：
目前质子交换膜燃料电池在国外处于商业化示范应用阶段，已涉及车辆、小游艇、自行车、移动电源、公共汽车、潜艇、笔记本电源、摄像机与手机电源等广泛领域，规模化需求市场正在逐步形成，因此燃料电池质子交换膜蕴藏着巨大的增长潜力。燃料电池质子交换膜是一个确定的新兴市场，目前国内外市场均未形成规模，但都有巨大的潜力，是企业介入的好时机。尤其是全氟质子交换膜自身的缺陷需要替代产品的诞生，从长远看，无氟质子交换膜或许是燃料电池用PEM的产业化关键。
随着氢能全球性战略地位的确立，绿氢化工项目“火热”招标，氢能重卡稳步推广，PEM电解槽和燃料电池均迎来高速增长，拉动质子交换膜的需求向上。质子交换膜的供给尚处于海外巨头垄断时期，和其他大宗品相比，隔膜类材料的制备更依靠经验的积累和长时的成本投入，国内产品在短时间内实现弯道超车的概率较低。但近年来国产企业已经在质子交换膜领域取得阶段性突破，需求高增和国产市占率提高双逻辑助力，具备技术护城河的企业的想象空间值得期待。相关企业有东岳未来氢能，科润新材料，泛亚微透等。
放眼世界，随着碳中和逐渐成为共识，氢燃料电池车市场化进程也在不断加快，据预测，到2025年氢燃料电池市场规模将会有90.25亿美元。