Slechts een zeer dunne, flexibele barrière scheidt de inhoud van een cel van zijn omgeving. De celmembraanfunctie maakt selectief de uitwisseling en doorgang van bepaalde moleculen mogelijk terwijl ongewenste stoffen buiten worden gehouden. Door delen van het celmembraan kan de cel ook communiceren met andere cellen en de omgeving eromheen. Zowel planten als dieren hebben celmembranen, maar hun celmembraanstructuur en -organisatie verschilt, zoals planten, gisten en bacteriën hebben een stijve celwand buiten het membraan voor extra ondersteuning en structuur. De unieke functies van het celmembraan dicteren de structuur en eigenschappen ervan.
Fosfolipidecomponent
Een tweelaagse structuur van speciale lipidemoleculen, fosfolipiden genaamd, vormt het celmembraan. Elk fosfolipide heeft twee vetzuurketens die aan een fosfaat-glycerolkop zijn bevestigd. De vetzuren zijn hydrofoob (waterhatend) terwijl de fosfaatkop hydrofiel is (waterminnend). De twee lagen fosfolipiden positioneren zichzelf zodanig dat de vetzuren zich in de lagen of blaadjes bevinden. Volgens "Carnegie-Mellon: The Structure and Function of the Cell Membrane", wanneer het dubbelgelaagde membraan in contact met water, herschikken de fosfolipidemoleculen zichzelf om de vetzuurstaarten weg te houden van water.
Eiwitcomponent
Twee soorten eiwitten zijn verspreid over het celmembraan: integrale eiwitten en perifere eiwitten. Integrale eiwitten, gemaakt van lange ketens van aminozuren, gaan door het hele membraan. Sommige delen van het eiwit interageren met de buitenomgeving en andere delen interageren met het celinterieur. Daarom worden integrale eiwitten ook transmembraaneiwitten genoemd. Integrale eiwitten hebben twee belangrijke functies. Ze fungeren als poriën die bepaalde "ionen of voedingsstoffen de cel in laten" en ze "zenden signalen in en uit de cel", aldus James Burnette III in het Carnegie-Mellon-artikel.
Daarentegen hechten perifere eiwitten alleen aan het membraanoppervlak en dienen als ankers voor het cytoskelet of extracellulaire vezels.
Koolhydraten en cholesterol
Een koolhydraatlaag die bekend staat als glycocalyx bedekt het celoppervlak. De glycocalyx is gemaakt van korte oligosachariden die aan bepaalde soorten transmembraaneiwitten zijn bevestigd. Volgens "The Cell: Structure of the Plasma Membrane" geeft de glycocalyx de identiteit van een cel. Het biedt in feite een reeks markers die onderscheid kunnen maken tussen identieke cellen en vreemde of binnendringende cellen. De glycocalyx dient ook om het celoppervlak te beschermen.
Cholesterolen zijn een ander type lipiden dat op het celmembraan wordt aangetroffen. Verspreid over het vetzuurinterieur, voorkomen cholesterolen dat de staarten te strak worden samengepakt en helpen het membraan vloeibaar te houden.
Mozaïek eigendom
Voor het eerst voorgesteld door Singer en Nicolson (“Science”, 18 februari 1972) als het Fluid Mosaic Model, heeft het celmembraan twee essentiële kenmerken die het in staat stellen zijn functies uit te voeren. Ten eerste is het celmembraan een mozaïekstructuur van verschillende moleculen. Elk type cel in meercellige en eencellige organismen zal een unieke verzameling en combinatie van eiwitten, koolhydraten en lipiden hebben. Als voorbeeld noemt Burnette van Carnegie-Mellon dat het membraan van rode bloedcellen meer dan 50 soorten eiwitten bevat.
Vloeistofeigenschap
De tweede eigenschap van het celmembraan is de vloeibaarheid ervan. De fosfolipiden bewegen vrij rond en herschikken zichzelf binnen elke laag van het membraan, maar ze passeren zelden het hydrofobe gebied en gaan over naar de tegenoverliggende laag, volgens Burnette. De hydrofiele koppen bevinden zich altijd aan de buitenrand en de hydrofobe staarten blijven in de kern van de dubbellaag.
De vloeistofeigenschap van het membraan resulteert in asymmetrische dubbellagen. Burnette beschrijft dat er, als reactie op veranderende omgevingen of verschillende temperaturen binnen en buiten de cel, er meer kunnen zijn eiwitten of koolhydraatmoleculen op elke laag op elk moment, waardoor de selectieve passage van moleculen en ionen over de membraan.
Een illustratie van de vloeibare mozaïekeigenschappen van het celmembraan wordt gepresenteerd in "Carnegie-Mellon: The Structure and Function of the Cell Membrane".