Membránová rovnováha mezi roztoky elektrolytů, oddělenými polopropustnou membránou, které kromě nízkomolekulárních iontů, procházejících membránou, obsahují také ionty vysokomolekulární, které membránou neprocházejí.

Podmínka rovnováhy, odvozená z rovnosti elektrochemických potenciálů pro ionty schopné procházet membránou, je vyjádřena vztahem mezi aktivitami procházejících iontů v obou odděleních po ustavení rovnováhy:

Ve zředěných roztocích je možno nahradit aktivity koncentracemi:

kde a_K, a_A jsou aktivity kationtu a aniontu v prostoru I nebo II, c_K, c_A  jsou jejich koncentrace, z_K, popř. z_A počet elementárních nábojů nesených kationtem, příp. aniontem. Podmínkou Donnanovy rovnováhy nejsou tedy stejné aktivity (koncentrace) jednotlivých iontů na obou stranách membrány, ale součin aktivit (koncentrací) obou iontů nízkomolekulárního elektrolytu.

Důsledkem přítomnosti velkých iontů je nerovnoměrné rozdělení nízkomolekulárních iontů mezi roztoky po obou stranách membrány.

Např.: V nádobě, rozdělené polopropustnou membránou na dvě oddělení stejného objemu, je v jednom (I) na počátku umístěn roztok, který obsahuje vysokomolekulární elektrolyt P^z+(Cl^-)_z o koncentraci c₁, a současně nízkomolekulární elektrolyt, např. KCl v koncentraci c₂, a v druhém (II) je čistá voda. Aby se mezi odděleními ustavila rovnováha, musí membránou prodifundovat z prostoru I do prostoru II x  molů chloridových iontů a aby byla na obou stranách membrány zachována elektroneutralita, také x  molů iontů draselných. Za předpokladu úplné disociace obou elektrolytů platí pro koncentrace jednotlivých iontů následující bilance

Podmínka rovnováhy platí pro procházející ionty:

Z tohoto vztahu plyne, že