Само много тънка, гъвкава бариера разделя съдържанието на клетката от нейната среда. Функцията на клетъчната мембрана избирателно позволява обмена и преминаването на определени молекули, като същевременно не позволява на нежеланите вещества. Части от клетъчната мембрана също позволяват на клетката да комуникира с други клетки и околната среда около нея. Както растенията, така и животните притежават клетъчни мембрани, но тяхната структура и организация на клетъчните мембрани се различават, както растенията, дрождите и бактериите имат твърда клетъчна стена извън мембраната за допълнителна опора и структура. Уникалните функции на клетъчната мембрана диктуват нейната структура и свойства.
Фосфолипиден компонент
Двуслойна структура от специални липидни молекули, наречени фосфолипиди, представлява клетъчната мембрана. Всеки фосфолипид има две вериги с мастни киселини, прикрепени към фосфатно-глицеролова глава. Мастните киселини са хидрофобни (ненавиждащи водата), тъй като фосфатната глава е хидрофилна (водолюбива). Двата слоя фосфолипиди се позиционират така, че мастните киселини да са вътре в слоевете или листовките. Според „Carnegie-Mellon: Структурата и функцията на клетъчната мембрана”, когато дойде двуслойната мембрана в контакт с вода, фосфолипидните молекули се пренареждат, за да пазят опашките от мастните киселини далеч вода.
Протеинов компонент
Два вида протеини са разпръснати из клетъчната мембрана: интегрални протеини и периферни протеини. Интегралните протеини, направени от дълги вериги аминокиселини, преминават през цялата мембрана. Някои части на протеина взаимодействат с външната среда, а други части взаимодействат с вътрешността на клетката. Следователно интегралните протеини също се наричат трансмембранни протеини. Интегралните протеини имат две основни функции. Те действат като пори, които пропускат някои „йони или хранителни вещества в клетката“ и те „предават сигнали в и извън клетката“, според Джеймс Бърнет III в статията на Карнеги-Мелън.
За разлика от тях, периферните протеини се прикрепят само към мембранната повърхност и служат като котви за цитоскелета или извънклетъчните влакна.
Въглехидрати и холестероли
Въглехидратна обвивка, известна като гликокаликс, покрива клетъчната повърхност. Гликокаликсът е направен от къси олигозахариди, прикрепени към определени видове трансмембранни протеини. Според „Клетката: Структура на плазмената мембрана“, гликокаликсът осигурява идентичността на клетката. По принцип осигурява набор от маркери, които могат да различават идентични клетки от чужди или нахлуващи клетки. Гликокаликсът служи и за защита на клетъчната повърхност.
Холестеролите са друг вид липиди, намиращи се в клетъчната мембрана. Разпръснати из вътрешността на мастните киселини, холестеролите предотвратяват опаковането на опашките твърде плътно и спомагат за поддържането на мембранната течност.
Мозайка собственост
Предложена за пръв път от Сингър и Николсън („Наука“, 18 февруари 1972 г.) като Модел на флуидна мозайка, клетъчната мембрана има две основни характеристики, които й позволяват да изпълнява функциите си. Първо, клетъчната мембрана е мозаечна структура от различни молекули. Всеки тип клетки в многоклетъчни и едноклетъчни организми ще имат уникална колекция и комбинация от протеини, въглехидрати и липиди. Като пример, Burnette от Carnegie-Mellon споменава, че мембраната на червените кръвни клетки има повече от 50 вида протеини.
Флуидни имоти
Второто свойство на клетъчната мембрана е нейната течливост. Фосфолипидите се движат свободно и се пренареждат във всеки слой от мембраната, но рядко пресичат хидрофобната област и се прехвърлят в противоположния слой, според Бърнет. Хидрофилните глави са винаги по външната периферия, а хидрофобните опашки остават в сърцевината на бислоя.
Флуидното свойство на мембраната води до асиметрични бислоеве. Бърнет описва, че в отговор на променящата се среда или различните температури в и извън клетката може да има и повече протеини или въглехидратни молекули на всеки слой по всяко време, което позволява селективно преминаване на молекули и йони през мембрана.
Илюстрация на течните мозаечни свойства на клетъчната мембрана е представена в "Carnegie-Mellon: Структурата и функцията на клетъчната мембрана".