细胞膜(cell membrane)是将细胞内容物和周围环境分隔开的一层薄膜,也称为质膜（plasma membrane）。细胞生命活动所需的氧气和营养物质，以及二氧化碳和代谢废物，都必须通过细胞膜进出细胞，因此，细胞膜有选择地通透不同物质。此外，胞外信息要被细胞感知，也须要特定的结构参与。细胞膜的基架是脂质双分子层，主要起屏障作用，而膜上镶嵌、覆盖、贯穿的各种特殊蛋白质负责完成跨膜物质、能量和信息的转运和转换（图）。这一基本的膜结构特点被描述为：液态镶嵌模型（Fluid Mosaic of Cell Membrane）。
细胞膜的脂质以磷脂类为主，其次为胆固醇，还有少量鞘磷脂类物质。脂质以双分子层形式包被在细胞表面。每个磷脂分子中由亲水性的磷酸和碱基构成头部，都朝向膜的内表面或外表面，而由疏水性的脂酸烃链构成的两条长长的尾部则在膜内部两两相对。由于脂质的熔点低，双分子层在正常体温下呈液态，具有一定的流动性，但一般仅允许同一分子层内的脂质分子横向运动，相互交换位置。
脂质双分子层中分散镶嵌着多种蛋白质分子（包括：识别蛋白质、 酶、受体蛋白质、转运蛋白质、离子通道和细胞骨架蛋白等），以α-螺旋或球形蛋白质形式存在。细胞膜所具有的各种功能，在很大程度上决定于膜上的蛋白质的功能；细胞和周围环境间进行的物质、能量和信息交换，也大都与膜上的蛋白质分子有关。镶嵌于液态双分子层中的蛋白质分子可随脂质分子的流动而漂移，其移动依据其功能受到精细的调控。
除蛋白质外，细胞膜还含有少量糖类，它们以共价键的形式和膜的脂质或白质结合，形成糖脂或糖蛋白。这些糖链依据所含的单糖排列顺序的特异性，可作为其所在细胞或所结合的蛋白质的特异性标志，如作为抗原决定簇、受体的可识别区等。