Bare en veldig tynn, fleksibel barriere skiller innholdet i en celle fra omgivelsene. Cellemembranfunksjonen tillater selektivt utveksling og passering av visse molekyler mens uønskede stoffer holdes utenfor. Deler av cellemembranen lar også cellen kommunisere med andre celler og omgivelsene rundt den. Både planter og dyr har cellemembraner, men deres cellemembranstruktur og organisering er forskjellig, som planter, gjær og bakterier har en stiv cellevegg utenfor membranen for ekstra støtte og struktur. Cellemembranens unike funksjoner dikterer dens struktur og egenskaper.
Fosfolipidkomponent
En to-lags struktur av spesielle lipidmolekyler, kalt fosfolipider, utgjør cellemembranen. Hvert fosfolipid har to fettsyrekjeder festet til et fosfat-glyserolhode. Fettsyrene er hydrofobe (vannhaterende) der fosfathodet er hydrofilt (vannelskende). De to lagene av fosfolipider posisjonerer seg slik at fettsyrene er inne i lagene eller brosjyrene. I følge “Carnegie-Mellon: Cellemembranens struktur og funksjon”, når dobbeltlagsmembranen kommer i kontakt med vann, omorganiserer fosfolipidmolekylene seg for å holde fettsyrehalene vekk fra vann.
Proteinkomponent
To typer proteiner er spredt over cellemembranen: integrerte proteiner og perifere proteiner. Integrerte proteiner, laget av lange kjeder av aminosyrer, passerer gjennom hele membranen. Noen deler av proteinet samhandler med det ytre miljøet, og andre deler interagerer med celleinteriøret. Derfor kalles integrerte proteiner også transmembrane proteiner. Integrerte proteiner har to hovedfunksjoner. De fungerer som porer som tillater visse "ioner eller næringsstoffer i cellen" og de "overfører signaler inn og ut av cellen", ifølge James Burnette III i Carnegie-Mellon-artikkelen.
I kontrast, perifere proteiner fester seg bare til membranoverflaten og fungerer som ankere for cytoskelettet eller ekstracellulære fibre.
Karbohydrater og kolesteroler
Et karbohydratbelegg kjent som glykokalyks dekker celleoverflaten. Glykokalyksen er laget av korte oligosakkarider festet til visse typer transmembranproteiner. I følge "The Cell: Structure of the Plasma Membrane", gir glykokalyxen identiteten til en celle. Det gir i utgangspunktet et sett med markører som kan skille mellom identiske celler og fremmede eller invaderende celler. Glykokalysen tjener også til å beskytte celleoverflaten.
Kolesteroler er en annen type lipider som finnes på cellemembranen. Kolesteroler er spredt over hele fettsyreområdet og forhindrer at halene pakker for tett, og hjelper med å holde membranen flytende.
Mosaisk eiendom
Først foreslått av Singer og Nicolson (“Science”, 18. februar 1972) som den flytende mosaikkmodellen, har cellemembranen to viktige funksjoner som gjør at den kan utføre sine funksjoner. For det første er cellemembranen en mosaikkstruktur av forskjellige molekyler. Hver celletype i flercellede og encellede organismer vil ha en unik samling og kombinasjon av proteiner, karbohydrater og lipider. Som et eksempel nevner Burnette fra Carnegie-Mellon at membranen til røde blodlegemer har mer enn 50 typer proteiner.
Flytende eiendom
Den andre egenskapen til cellemembranen er dens fluiditet. Fosfolipidene beveger seg fritt rundt og omorganiserer seg i hvert lag av membranen, men de krysser sjelden det hydrofobe området og overføres til det motsatte laget, ifølge Burnette. De hydrofile hodene er alltid på den ytre periferien, og de hydrofobe halene holder seg i kjernen av dobbeltlaget.
Væskeegenskapen til membranen resulterer i asymmetriske tolag. Burnette beskriver at det kan være mer som svar på skiftende omgivelser eller forskjellige temperaturer i og utenfor cellen proteiner eller karbohydratmolekyler på hvert lag til enhver tid, noe som muliggjør selektiv passering av molekyler og ioner over hele membran.
En illustrasjon av væskemosaikkegenskapene til cellemembranen presenteres på "Carnegie-Mellon: The Structure and Function of the Cell Membrane".