Le membrane si possono teoricamente considerare come delle lastre di spessore infinitesimo e perfettamente flessibili, la cui forma in equilibrio è dovuta a una tensione agente uniformemente in tutte le direzioni.

Una membrana in queste condizioni vibra trasversalmente con tutto il contorno fisso, il che ha reso possibile una completa trattazione teorica del problema. La formula di Poisson dà ad esempio la frequenza dei modi di vibrare di una membrana quadrata sotto opportune condizioni. Se deve però osservare che nella realtà è piuttosto complicato realizzare membrane uniformemente tese in tutte le direzioni.

Il fisico Felix Savart ha applicato alle membrane il metodo delle "figure di polvere" di Chladni impiegato per studiare le piastre. Per mettere in vibrazione una membrana si può colpirla con un piccolo martelletto (specialmente per ottenere il modo fondamentale) o eccitarla per risonanza sotto l'azione di suoni esterni.