La membrane cellulaire est principalement composée d'une bicouche lipidique formée par des phospholipides. Les phospholipides ont une tête hydrophile qui interagit avec l'eau et deux queues hydrophobes qui évitent l'eau. Cette structure unique permet à la membrane de se former spontanément dans un environnement aqueux, créant ainsi une barrière sélective entre l'intérieur de la cellule et son environnement extérieur.

Les protéines membranaires jouent des rôles cruciaux dans le fonctionnement des cellules. Elles peuvent agir comme canaux ou transporteurs pour faciliter le passage des molécules à travers la membrane, récepteurs pour recevoir des signaux chimiques de l'environnement, ou enzymes pour catalyser des réactions chimiques. Il existe deux principaux types de protéines membranaires: les protéines intégrales qui s'étendent à travers la membrane, et les protéines périphériques qui se lient temporairement ou de manière plus permanente à l'extérieur de la membrane.

Le transport des substances à travers la membrane cellulaire peut être passif ou actif. Le transport passif ne nécessite pas d'énergie et inclut la diffusion simple, la diffusion facilitée et l'osmose. Ces procédés utilisent le gradient de concentration pour déplacer des molécules d'une région de haute concentration à une région de basse concentration. Le transport actif, en revanche, nécessite de l'énergie sous forme d'ATP pour transporter des substances contre leur gradient de concentration. Des pompes, comme la pompe sodium-potassium, sont des exemples de mécanismes de transport actif.

Les membranes cellulaires jouent un rôle fondamental dans la communication intercellulaire. Les récepteurs membranaires captent les molécules de signalisation, comme les hormones et les neurotransmetteurs, et transmettent ces signaux à l'intérieur de la cellule via des voies de transduction de signaux. Cette capacité de réception et de transmission est essentielle pour la coordination des réponses cellulaires aux stimuli externes.