膜結構的突出特點之一就是它形狀的多樣性，曲面存在著無限的可能性。對于氣承式空氣膜結構來說，充氣之后的曲面主要是圓球面或圓柱面，可能沒有太多的選擇余地。而對于以索或骨架支承的膜結構，其曲面就可以隨著建筑師的想象力而任意變化。
膜結構形狀的千變萬化突出地表現在歷年各國舉行的博覽會上。在這些博覽會上，大大小小的展覽館，無不以新穎奇特的造型來吸引觀眾，而膜結構就能用來達到這樣的目的。

例如1985年在日本茨城縣舉行的國際科學技術博覽會，入口就是以五顏六色的膜材構成的拱形大門。在眾多的展覽館中膜結構尤為奪目，象火鳥館以鋼梁與索組成的骨架支承扁平的凹凸屋面。美國館以高聳的桅桿懸掛銀白色的屋面。電力館以中央塔架懸吊25個尖頂帳篷，夜晚通過燈光的反射宛如燃燒的火焰。其他象在候車亭、電話亭、走廊、廁所上也都出現了用膜材構成形式各異的建筑小品，蔚為大觀。
就形狀而言，對建筑師說來是至關重要的。采用一般結構的建筑物，其形狀往往是先由建筑師確定。膜結構則不同，很好的先它的變形比一般結構要大一些，其次它的形狀是在施工過程中逐步形成的，有一個形狀確定的問題，需要結構工程師的參與。要確定在初始荷載下結構的初始形狀，即結構體系在膜自重（有時還有索）與預應力作用下的平衡位置。在初步設計階段，先按建筑要求設定大致的幾何外形，然后對膜面施加預應力使之承受張力，其形狀也相應改變，經過不斷調整預應力，更后就可得到理想的幾何外形和應力分布狀態。

懸索結構中的索網與膜結構一樣也有形狀確定問題，象1968年蒙特利爾博覽會的德國館和1972年慕尼黑奧運會主體育場都有特殊的形狀需要確定，當時只有借助于縮尺模型來解決。早期的膜結構也往往采用這個方法，材料從更簡單的肥皂膜，一直到織物或鋼絲。由于在小比例模型上測量的誤差尚不足以保證曲面幾何形的正確性，故對足尺的建筑外形只能起參考作用。但這還不失為一種有效的手段，能為設計者提供一個直觀的形象。隨著計算機技術的不斷進步，膜結構的形狀就更多地依靠計算機來確定。在膜結構設計理論中還出現了專門的研究課題——“找形”（formfinding）。為了尋求合理的幾何外形，這個過程通過計算機的幾次迭代，就可確定膜結構的初始形狀。

  膜結構設計打破了傳統的“先建筑、后結構”做法，要求建筑設計與結構設計緊密結合。在設計過程中，建筑師和結構工程師要坐在一起確定建筑物的形狀，并進行必要的計算分析。這時，所設計建筑物的平面形狀、立面要求、支點設置、材料類型和預應力大小都將成為互相制約的因素，一個完美的設計也就是上述矛盾統一的結果。