קודם כל, ממברנות אטומות למים ונושמות נמצאות בשימוש נרחב בתחום הבנייה. בפרויקטים אטומים למים כמו גגות, קירות ומרתפים, ממברנות אטומות למים ונושמות יכולות לבצע פונקציות כמו איטום, בידוד לחות ושימור חום. באופן כללי, הממברנה העמידה למים והנושמת יכולה לשמש כמחסום אדי מים לשכבת אטימות הגג, מה שיכול למנוע ביעילות מאדי המים בתוך הגג לחדור לתוך שכבת הבידוד והרצפה ליצירת נקודות טל ועיבוי. בסביבת הטמפרטורה הגבוהה והלחות באזור הדרום, הממברנה העמידה למים והנושמת יכולה לשמש גם כשכבת איטום לפאנלים סולאריים, תאים פוטו-וולטאיים וחומרים אחרים לשליטה על לחות וטמפרטורה בתוך הבית ולשיפור הביצועים הכוללים של הגג. מערכת בידוד.
שנית, בתחום התחבורה נעשה שימוש נרחב גם בממברנות אטומות למים ונושמות. לדוגמה, מבנים כגון מנהרות וגשרים במתקני תחבורה כגון כבישים, רכבות ורכבות תחתיות צריכים להיות אטומים למים, נושמים ועמידים בפני זעזועים ורעידות. בפרויקטים כאלה, הממברנה העמידה למים והנושמת יכולה לשמש כשכבת בידוד אטומה למים בתוך המנהרה או הגשר. בגלל אטימות האוויר וחדירותו לאוויר, הוא יכול להגן ביעילות על מבנה הבטון המחובר הפנימי ולמנוע כניסת לחות למבנה, גרימת קורוזיה ונזקים.
שלישית, בתחום התעשייה הצבאית, נעשה שימוש לרוב בממברנות אטומות למים ונושמות בתחומים קשורים כגון ציוד צבאי, אוהלים צבאיים והנעלה צבאית. לדוגמה, במטוסי קרב צבאיים, טילים, לוויינים וציוד אחר, ממברנות אטומות למים ונושמות יכולות לשמש כדיאפרגמות הגנה על גל אקוסטיות, לוחות כיסוי לקופסאות סוללות, ולמלא תפקיד חשוב באטימות ועמידות בפני לחות. בציוד צבאי אחר, הממברנה העמידה למים והנושמת יכולה לשמש גם בייצור של כלי רכב צבאיים, ביגוד מגן ומוצרים אחרים כדי להבטיח את ביצועיו עמידים למים ונושמים, ועונה על הצרכים של חוזק גבוה ודרישות גבוהות.
לבסוף, בתחום הרפואי נעשה שימוש נרחב גם בממברנות אטומות למים ונושמות. לדוגמה, ממברנות אטומות למים ונושמות משמשות לרוב לשכבת האיטום של חדרי ניתוח, ציוד אבחון מרחוק, מכונות לב-ריאה וציוד אחר. בציוד מגן רפואי כמו מסכות, כפפות וכיסויי נעליים, גם הממברנה העמידה למים והנושמת היא חלק חשוב מאוד. הוא יכול למנוע חדירת נוזלים לציוד המגן, ובו בזמן לאפשר לאוויר חם לברוח מבפנים, מה שמבטיח לבישה נוחה ואוורור.