与传统结构建筑不同，膜结构场馆建筑的热环境对建筑设计有着不可忽视的影响。其特殊之处不仅和膜材特性有关，也与其围合的空间形态有关。影响因素包括∶围护膜材的低蓄热、半透明产生漫反射，导致室内与膜面温度对比明显;同时建筑形态往往存在室内高度大，室内空间大，膜面双曲线形等特点，引起室内气温分布不均。
在传统结构中，室外温度的变化需要大量的能量和很长的时间才能引起室内环境的变化，因为屋顶和墙体的蓄热力可以减少室外温度和辐射急剧变化对室内温度的影响。相比之下，膜材料相当薄和轻，对室内环境几乎没有缓冲作用。不能依靠膜材料本身的热阻来减少外部温度和辐射变化对室内环境的影响。因此，需要采取相应的措施来改善膜结构建筑的热环境。
保温隔热设计：
由于单层膜材的厚度很小，未经处理的膜材不具备蓄热力，传热系数与单层平板玻璃相当，热工性能并不理想。若以膜结构作为膜结构场馆封闭空间的围护结构，必须采取相应的保温隔热改善措施。
利用多层膜结构保温隔热：
多层膜结构是由透光率、耐火性和透气性不同的膜材料组成，利用各自的优势，使膜结构得到越为广泛的应用。多层膜的结构通常是注入不同层之间或隔缘层之间的空气中，轻质泡沫或气垫，或根据上述原理进行组合。
多层膜结构的光热特性与每层膜的光热特性、厚度以及膜间距等多种因素有关，这使其估算变得相当复杂，有关多层膜热工特性的试验数据还很少。当采用多层膜材时，宜利用材料样品做环境性能试验，以明确膜结构场馆建筑的光学与热工性能。
双层中空膜结构是较为常见的一种多层膜结构，一般在外侧受力膜的内侧附加一层膜材，内外层以空气隔开，其间距通常在100～500mm之间。双层膜之间的空气层减低了外层膜和内部封闭空间因对流产生的热传递，其保温性能很大限度上取决于对不同膜层间辐射交换的控制，必要时可在空气层中设置通风换气装置以改善空腔内的温度。内层膜挂在支承结构上，需要时可与外层膜相连。内层膜的选择一般应该综合考虑防火、防渗、采光以及隔声等方面的要求。由于内层膜不用像外层膜那样施加高预应力以抵抗风荷载或雪荷载，因此通常可以选择比外层膜轻的膜材料。但应考虑外膜在荷载作用下的变形引起的内膜协同变形和动荷载。双层式膜结构场馆也可以通过内层膜形成与外部形状无关的所需内部空间。
