薄膜层即土工膜层.它是防渗结构的主体，应满足施工和运行期间承受的应力要求。由于土工膜的防渗效果与膜的强度和厚度有关，因此，要根据设计应力选择适当的厚度。除施工应力外，土工膜防渗层运行期间承受的应力主要来自地基的不均匀和局部沉陷及其他异常现象，如地基中出现孔洞和滑动等。
还与支持层的材质和形状有关，例如，砂质土支持层的粒径越大和有棱角，则所需厚度就越大。
膜面一侧或两侧与土工织物复合为一体的复合土工膜，由于其整体强度比较高，抗撕 裂、抗顶破、抗刺破能力比较强，复合在膜面上的土工织物实际上就起了支持、保护作用。因此，对于采用复合土工膜的防渗结构，在一般情况下，膜过渡层和膜后支持层皆可简化，即在膜上直接铺设混凝土护面或由碎石垫层与混凝土板块、干砌石和浆砌石等构成的护面。膜后则可直接铺设中粗砂垫层或直接与坝身土体接合。
