El seu moviment oscil·latori es genera amb la comunicació d’una velocitat inicial o cop. Com les cordes, les membranes necessiten ésser tensades per a vibrar, i és aquesta tensió la que provoca el retorn cap a la posició mitjana característic del moviment oscil·latori. Els paràmetres físics d’afinació de les membranes són la tensió, el radi i la densitat superficial. La freqüència fonamental puja quan augmenta la tensió o disminueix el radi o la densitat. Si es disminueix la tensió o s’augmenta el radi o la densitat, llavors la freqüència fonamental baixa. Un cop fixat el material, l’únic paràmetre per a afinar de què disposa l’instrumentista és la tensió. Els diversos mecanismes que permeten regular-la han estat objecte d’estudi des del final del segle XIX. En les timbales més modernes, un mecanisme de pedals permet aconseguir de manera immediata fins a una duplicació del valor de la tensió, amb el consegüent canvi d’afinació de l’instrument.
Tot i que el moviment vibratori general és una superposició de vibracions transversals (el moviment de cada punt de la membrana és perpendicular a la superfície) i longitudinals (el moviment dels punts és paral·lel a la superfície), les primeres són les que predominen. El fet de tractar-se d’elements superficials fa que les vibracions transversals siguin més complexes que les de les cordes. Concretament, per a un valor donat de tensió, les freqüències pròpies associades no constitueixen una família harmònica, la qual cosa té com a conseqüència que l’acuïtat del so emès estigui menys definit que en altres instruments. D’altra banda, les formes que adopta la membrana en vibrar amb aquestes freqüències (és a dir, els modes propis) també són més complexes que en el cas de les cordes. Així, si bé en les últimes es parla de punts nodals (punts permanentment en repòs), en les membranes circulars es parla de diàmetres nodals i cercles nodals. El nombre dels uns i els altres serveix per a anomenar els diferents modes. Així, el mode (3,2) és el que presenta tres diàmetres nodals i dos cercles nodals (un dels quals és el contorn de la membrana, que està lligat al marc rígid que garanteix la seva tensió).
Els modes propis de les membranes foren posats de manifest per primera vegada pel físic alemany E.F.F. Chladni el 1787. Chladni (1756-1827) cobrí la superfície d’u-na membrana amb un polsim lleuger, i després la feu vibrar a diferents freqüències. Cada cop que la freqüència de vibració coincidia amb una freqüència pròpia de la membrana, el polsim tendia a acumular-se sobre les línies nodals i permetia d’aquesta manera visualitzar el moviment vibratori. Les figures que forma el polsim sobre la membrana s’anomenen estructures de Chladni.
En els instruments d’orquestra, l’afinació és essencial. Per aquest motiu, les timbales solen estar construïdes amb membranes de material sintètic (com el mylar), l’homogeneïtat del qual disminueix la inharmonicitat de les freqüències pròpies. En el cas dels instruments populars, l’afinació és més secundària, ja que la seva funció principal és la rítmica. Per aquest motiu, per als tambors i tamborins populars se segueixen utilitzant membranes de pell.