从结构形式上来说，膜结构建筑可以简单概括为充气式、骨架式和张拉式三大类。
充气膜结构
充气膜结构依靠膜面内外气压差来维持膜面形状。此类索膜建筑历史悠久，但由于其功能的明显局限性（如单一形象、气密空间要求等），其应用范围较窄；但充气索膜系统成本较低，施工速度快，在特定条件下具有明显优势。 1970年日本大阪世博会美国馆采用了这种结构，标志着膜结构的开始。
骨架膜结构
骨架式索膜建筑由于结构形式本身的限制，常用于某些特定的建筑（骨架系统是自平衡的，膜体只是辅助，这使得膜体的高强度特性不足） ， ETC。）;骨架形式与张力形式的结合使用，往往可以达到更加多样化的建筑效果。骨架索膜系统的建筑性能是隐性的，结构性能有一定的局限性，造价比张拉系统低。 1996年亚特兰大奥运会主体育场（乔治亚巨蛋）就是此类结构的典型工程。
张拉索膜结构
张拉索膜建筑可谓索膜建筑的本质和代表。在张拉索膜结构中，膜表面通过预应力保持其形状。膜既是建筑物的外壳，又是抵抗外部荷载作用的结构。由于其建筑形象的可塑性和结构形式的高度灵活性和适应性，这种结构形式具有极其广泛的应用范围。张拉索膜结构可分为索网式、脊谷式等，这种系统表现力强，结构性能强，但造价稍高，施工精度要求也高。
此类工程最典型的例子是美国丹佛机场航站楼。