As membranas celulares têm em sua constituição os chamados fosfolipídios, os quais têm um arcabouço de glicerol, que é a cabeça hidrofílica e duas caudas de ácidos graxos, que são hidrofóbicas. As caudas hidrofóbicas ficam de frente uma para outra e formam uma dupla camada.

As substâncias hidrossolúveis, como o gás oxigênio e o gás carbônico, atravessam as membranas dissolvendo-se na dupla camada lipídica. As substâncias lipossolúveis, por sua vez, como íons e glicose, atravessam a membrana por meio de canais ou com o auxílio de proteínas carreadoras.

As denominadas proteínas periféricas pertencem ao grupo de proteínas presente na membrana celular que se encontram ancoradas ou nela inseridas por meio de interações hidrofóbicas. Essas proteínas são capazes de atravessar a membrana celular.

As membranas plasmáticas possuem determinadas regiões que permitem conexões intercelulares, como, por exemplo, as zônulas de oclusão e as junções comunicantes. No caso das zônulas de oclusão, elas são comuns na maioria das células, com exceção das células epiteliais, local em que são menos frequentes.