土工膜是柔性的，需要稳固的支持层。膜下支持层的作用就是使土工膜放在坚实的面层上，使得土工膜的受力和变形趋于均匀化，避免应力集中或过大的局部变形导致防渗层的破坏。一般情况下，土工膜直接铺设在压实、整平的地基土层面上，这时地基土层就作为支持层。对于场地条件比较复杂，则需要设置专门的支持层;或场地表面存在树根、碎石等杂物，土工膜存在被刺破的风险，则需要在土工膜与支持层之间设置必要的防护层。膜下防护层、支持层的设置与否，与工程类别、场地条件密切相关，需因地制宜地作出选择。
对于渠道和水池等中小型工程，在地基和级配良好的透水地基上，只要做好排水措施，消除地下水的影响，以及清除树根等杂物，经整平压实，土工膜可直接铺在其上，不需要设置专门的支持层或防护垫层。对于一般土基，宜设置透水材料作为膜下防护垫层，如膜下铺设土工布，不仅可以保护土工膜不受垫层内尖锐颗粒刺破，还可以排除膜下积水。
对于堆石坝上游面用土工膜防渗，则应在膜下铺设垫层和过渡层。在壤土或砂壤土坝面上铺设土工膜防渗时，应在土工膜与壤土或砂壤土之间铺设土工布或选择复合土工膜，使膜下的土工布可以将通过膜接缝处或通过土工膜漏过的水经过土工布而进人集水管排出，以免水位下降时，膜后滞留的水反压土工膜而使防渗层失稳。
