As duas moléculas principais que compõem a membrana celular são:

1. fosfolipídios: Este é o componente mais abundante da membrana celular. Eles têm uma estrutura única com uma cabeça hidrofílica (amante da água) e duas caudas hidrofóbicas (tementes de água). Essa estrutura lhes permite formar uma bicamada, com as cabeças voltadas para os ambientes aquosos dentro e fora da célula, enquanto as caudas são protegidas dentro da membrana.
2. proteínas: Estes estão incorporados na bicamada fosfolipídica, atuando como gateways, receptores e transportadores para várias moléculas. Eles podem ser integrais, abrangendo toda a membrana ou periféricos, presos à superfície da membrana.

Enquanto fosfolipídios e proteínas são os principais componentes, a membrana celular também contém quantidades menores de colesterol e glicolipídios , que contribuem para a fluidez e estabilidade da membrana.