細胞膜（cell membrane）又稱質膜（plasma membrane），包圍在細胞表麵，將細胞與外界環境分隔開。在電鏡下質膜分為3層結構，即內、外層密度高，中間層密度低，這種結構稱單位膜。除了細胞表麵的細胞膜外，細胞內的許多結構也由類似細胞膜的膜性結構包裹，構成內膜係統，如線粒體、內質網、高爾基複合體、溶酶體、細胞核等。細胞膜和細胞內膜統稱為生物膜。
生物膜（biomembrane）主要由脂質、蛋白質和糖類構成，其中以脂質和蛋白質為主。目前較為公認的生物膜結構模型是由Singer和Nicolson（1972年）提出的液態鑲嵌模型（fluid mosaic model）學說：液態脂質雙層分子構成生物膜的骨架，其中鑲嵌著各種不同分子結構和不同生理功能的蛋白質。
拓展視野
細胞膜脂質雙層分子的發現
最初提示膜中脂質呈雙分子層形式存在的，是對紅細胞膜所做的化學測定和計算。Grendel（1925）提取出紅細胞膜中所含的脂質，並測定將這些脂質以單分子層在水溶液表麵平鋪時所占的麵積，結果發現一個紅細胞膜中脂質所占的麵積差不多是該細胞表麵積的2倍。因此得出以下結論：脂質可能是以雙分子層的形式包被在細胞表麵。
每個脂質分子的一端為親水性的頭部，另一端為疏水性的尾部。在脂質雙分子層中，親水性頭部朝向膜的內、外表麵，而疏水性的尾部伸向膜的內部。脂質的熔點較低，這決定了膜中脂質分子在一般體溫條件下是呈液態的，即膜具有某種程度的流動性。因此，鑲嵌在脂質層中的蛋白質是可移動的，這對於膜的生理功能具有重要意義。
根據膜蛋白質在脂質雙層分子中的分布位置，可將膜蛋白分成外周膜蛋白和整合膜蛋白兩類。外周蛋白結合於膜的內、外表麵，其中胞質麵較多。整合膜蛋白以不同的深度嵌入膜內或跨越膜層。整合膜蛋白的種類較多，如受體、酶、通道蛋白、載體蛋白、組織相容性抗原等。生物膜所具有的各種功能在很大程度上決定於膜所含的蛋白質，細胞和周圍環境之間的物質、能量和信息交換大多與細胞膜上的蛋白質分子有關。
細胞膜所含糖類甚少，主要是一些低聚糖和糖鏈，它們都以共價鍵的形式和膜脂質或蛋白質結合，形成糖脂和糖蛋白；這些糖鏈絕大多數是裸露在膜的外麵一側。這些糖鏈的意義之一在於以其單糖排列順序上的特異性，可以作為它們所結合蛋白質特異性的“標誌”（如可作為紅細胞血型分型的依據）。