Мембраны образуют основные структурные элементы клеток и выполняют разные функции. В наиболее общем виде роль плазматической мембраны заключается в формировании проницаемого для молекул барьера между внутриклеточной и внеклеточной средами. В отличие от плазматической мембраны, мембраны, окружающие внутриклеточные органеллы, участвуют в избирательном движении молекул веществ между органеллами и цитозолем. Физиологическая роль движения молекул веществ через внутриклеточные мембраны направлена на доставку специфических молекул веществ для химических реакций, протекающих в клетке. Плазматическая мембрана клеток, кроме этого, не только функционирует как селективный барьер для молекул веществ, но и играет основную роль в распознавании с помощью специфических белковых молекул химических сигналов, поступающих от других клеток, которые регулируют функцию клетки.
Все мембраны клетки состоят из двойного слоя липидных молекул, большинство из которых относятся к фосфолипидам (фосфатидилхолин, фосфатидилэтаноламин, фосфатидилсерин, сфингомиелин и фосфатидилинозит), организованных в бимолекулярный слой. При этом неполярные цепочки жирных кислот находятся внутри бислоя. Полярные области фосфолипидов ориентированы на внешнюю поверхность мембраны и способны притягивать полярные молекулы воды внеклеточной жидкости и цитозоля. Между молекулами фосфолипидов мембранного бислоя и молекулами мембранных белков нет химической связи, поэтому молекулы фосфолипидов и белков могут свободно двигаться друг относительно друга в пределах мембраны клетки. В результате как мембранные липиды, так и белки способны совершать латеральные движения относительно поверхности бислоя мембраны. Плазматическая мембрана клеток представляет собой тонкий слой липидов на молекулярной водной поверхности, что придает мембране клеток исключительную гибкость без нарушения ее структурной целостности. Плазматическая мембрана клеток содержит также стероид холестерин (в соотношении одна молекула холестерина на одну молекулу фосфолипида) с одной полярной и неполярной группами. Последняя ориентирована внутрь бислоя и взаимосвязана с цепочками жирных кислот. Холестерин взаимосвязан также с некоторыми классами мембранных фосфолипидов и белков, формируя организованные кластеры, функционирующие как отделяющиеся от мембраны везикулы, которые переносят содержимое к внутриклеточным органеллам. К такому процессу относится эндоцитоз внеклеточной жидкости через плазматическую мембрану внутрь клетки к органеллам. В равной степени везикулами с помощью эндоцитоза вместе с внеклеточной жидкостью могут переноситься специфические белки, расположенные на наружной поверхности мембраны клеток.