La struttura di base della membrana cellulare è costituita da un doppio strato fosfolipidico, ossia un doppio strato di molecole fosfolipidiche disposte con le loro code idrofobe di acidi grassi verso l'interno. Questa struttura permette di formare una membrana selettivamente permeabile, cioè che permette il passaggio di alcune sostanze, mentre impedisce il passaggio di altre.
La membrana cellulare contiene, però, anche numerose molecole proteiche sospese nel doppio strato lipidico che partecipano al trasporto di sostanze attraverso la membrana.