细胞外基质，作为生物膜的一部分，由脂类、蛋白质及少量碳水化合物构成，它不仅划分了细胞与外界的界限，还参与众多代谢过程及细胞间通讯。其中，脂类成分以不饱和脂肪酸为主，复杂功能的细胞膜通常含有更多种类和数量的蛋白质。细胞膜的蛋白质与脂类比例与其功能密切相关，活跃的功能活动需要更多的蛋白质参与支撑。
流体力学嵌入模型是描述细胞膜结构的一种理论，它将细胞膜视作含有蛋白质的流动脂双层，展现出结构与功能的不对称性。膜蛋白分布各异，有的紧贴脂双层表面，有的部分或全部嵌入其中，甚至贯穿整个膜层，且脂质与膜蛋白可横向移动。
膜蛋白分为两类：一类是本质膜蛋白，它们深深插入或穿越脂双层；另一类是颈静脉膜蛋白，通过较弱的相互作用附着在膜的内外表面。通道蛋白和孔蛋白作为特殊类型的膜蛋白，能允许特定大小的离子或分子通过膜，实现物质的穿膜运输。
细胞膜的运输功能极为重要，透亮度系数衡量了离子或小分子穿越脂膜的能力，与它们在非极性溶剂中的溶解性相关。被动运输利用浓度梯度自然扩散物质，无需额外能量；而主动运输则逆浓度梯度进行，需消耗如ATP的能量。协同运输涉及两种物质的同时跨膜耦合运输，可同向或反向进行。胞吞作用则是细胞摄入大分子或颗粒的过程，通过形成囊泡包裹物质并将其带入细胞内部。
