细胞膜或质膜是一个不断变化的景观。它被描述为一种流体马赛克，其中各种大分子嵌入磷脂双层中。大分子包括蛋白质。蛋白质含量因细胞类型而异。例如，线粒体内膜含有 ~76% 的蛋白质含量，而髓鞘含有 ~18% 的蛋白质含量。单个细胞包含多种类型的膜蛋白（红细胞含有 50 多种），不同的细胞类型具有不同的膜蛋白组。
膜蛋白具有广泛的功能。例如，它们可以是运输物质的通道或载体、具有代谢作用的酶或与化学信使结合的受体。与膜脂质一样，大多数膜蛋白包含亲水性（吸引水）和疏水性（排斥水）区域。亲水区域暴露在细胞内和/或细胞外的含水区域。疏水区域面向膜双层内磷脂的疏水尾部。
膜蛋白可以根据它们是包埋的（整合的）还是与细胞膜相关（外周的）进行分类。大多数整合蛋白是跨膜蛋白，它们穿过两个磷脂层并跨越整个膜。它们的亲水区域从膜的两侧延伸，一侧面向胞质溶胶，另一侧面向细胞外液。相反，疏水区域由卷曲的氨基酸基团（α-螺旋或 β-桶）组成。整合单位蛋白仅附着在膜的一侧。
外周蛋白未嵌入磷脂双层中，也不会延伸到其疏水核心。相反，它们暂时粘附在膜的外表面或内表面，附着在整合蛋白或磷脂上。从细胞外表面延伸的膜蛋白通常携带碳水化合物链，形成糖蛋白。一些糖蛋白通过充当可被其他细胞的膜蛋白识别的“ID 标签”来促进细胞间识别。
