Kun en meget tynd, fleksibel barriere adskiller indholdet af en celle fra sit miljø. Cellemembranfunktionen tillader selektivt udveksling og passage af visse molekyler, mens uønskede stoffer holdes ude. Dele af cellemembranen giver også cellen mulighed for at kommunikere med andre celler og omgivelserne omkring den. Både planter og dyr har cellemembraner, men deres cellemembranstruktur og organisation adskiller sig, som planter, gær og bakterier har en stiv cellevæg uden for membranen for yderligere støtte og struktur. Cellemembranens unikke funktioner dikterer dens struktur og egenskaber.
Phospholipid-komponent
En to-lags struktur af specielle lipidmolekyler, kaldet phospholipider, udgør cellemembranen. Hvert phospholipid har to fedtsyrekæder knyttet til et phosphat-glycerolhoved. Fedtsyrerne er hydrofobe (vandhatende), hvor fosfathovedet er hydrofilt (vandelskende). De to lag af phospholipider placerer sig således, at fedtsyrerne er inde i lagene eller foldere. Ifølge “Carnegie-Mellon: Cellemembranens struktur og funktion”, når dobbeltlagsmembranen kommer i kontakt med vand omorganiserer phospholipidmolekylerne sig for at holde fedtsyrehalerne væk fra vand.
Proteinkomponent
To slags proteiner er spredt gennem cellemembranen: integrerede proteiner og perifere proteiner. Integrerede proteiner, fremstillet af lange kæder af aminosyrer, passerer gennem hele membranen. Nogle dele af proteinet interagerer med det ydre miljø, og andre dele interagerer med celleindretningen. Derfor betegnes integrerede proteiner også transmembrane proteiner. Integrerede proteiner har to hovedfunktioner. De fungerer som porer, der tillader visse "ioner eller næringsstoffer i cellen", og de "transmitterer signaler ind og ud af cellen", ifølge James Burnette III i Carnegie-Mellon-artiklen.
I modsætning hertil binder perifere proteiner sig kun til membranoverfladen og tjener som ankre for cytoskelet eller ekstracellulære fibre.
Kulhydrater og kolesteroler
En kulhydratcoat kendt som glycocalyx dækker celleoverfladen. Glycocalyx er lavet af korte oligosaccharider bundet til visse typer transmembranproteiner. Ifølge “Cellen: Struktur af plasmamembranen” giver glycocalyx identiteten af en celle. Det giver dybest set et sæt markører, der kan skelne mellem identiske celler og fremmede eller invaderende celler. Glycocalyx tjener også til at beskytte celleoverfladen.
Kolesteroler er en anden type lipider, der findes på cellemembranen. Kolesteroler er spredt over hele fedtsyrens indre og forhindrer halerne i at pakke for tæt og hjælper med at holde membranen væske.
Mosaik ejendom
Først foreslået af Singer og Nicolson (”Science”, 18. februar 1972) som den flydende mosaikmodel, har cellemembranen to væsentlige træk, der gør det muligt for den at udføre sine funktioner. For det første er cellemembranen en mosaikstruktur af forskellige molekyler. Hver celletype i multicellulære og encellede organismer vil have en unik samling og kombination af proteiner, kulhydrater og lipider. Som et eksempel nævner Burnette fra Carnegie-Mellon, at membranen af røde blodlegemer har mere end 50 slags proteiner.
Flydende ejendom
Den anden egenskab ved cellemembranen er dens fluiditet. Fosfolipiderne bevæger sig frit omkring og omarrangerer sig inden i hvert lag af membranen, men de krydser sjældent det hydrofobe område og overføres til det modsatte lag, ifølge Burnette. De hydrofile hoveder er altid på den ydre periferi, og de hydrofobe haler forbliver i kernen af dobbeltlaget.
Membranens væskeegenskab resulterer i asymmetriske dobbeltlag. Burnette beskriver, at der som reaktion på skiftende miljøer eller forskellige temperaturer i og uden for cellen kan være mere proteiner eller kulhydratmolekyler på hvert lag ad gangen, hvilket muliggør selektiv passage af molekyler og ioner gennem membran.
En illustration af cellemembranens flydende mosaikegenskaber præsenteres på "Carnegie-Mellon: Cellemembranens struktur og funktion".