细胞膜，又称质膜，是包围细胞的分子层面边界，将细胞内部与外部环境分隔开来。它主要由脂质和蛋白质组成，形成柔韧且具有选择性通透性的结构。细胞膜不仅控制物质的进出，还能感知信号，并参与细胞与相邻细胞之间的相互作用。这些功能使细胞得以维持不同于周围环境的内部条件，从而支持稳态的维持。质膜不同于包围真核生物细胞内部各区室的膜。(ncbi.nlm.nih.gov)
分子结构
在大多数生物中，细胞膜的结构基础是脂质双层。其主要成分包括磷脂，磷脂具有能与水相互作用的亲水头部，以及避水的疏水尾部。在水性环境中，这些分子会自行排列，头部朝向膜两侧的液体，尾部则朝向内部。这种排列形成了疏水的内部区域，阻碍许多水溶性物质通过，同时使膜保持柔韧，而非僵硬。(ncbi.nlm.nih.gov)
不同生物及不同细胞类型的膜组成各不相同。动物细胞的质膜通常含有较多的胆固醇，它能改变脂质的排列、膜的力学性质及通透性。其作用取决于温度和膜的组成：它既能限制脂质链某些部分的运动，也能防止脂质紧密堆积成晶态。古菌具有独特的醚键连接膜脂；有些古菌的四醚脂质横跨整个膜，形成单层膜，而不是常规的双层膜。(ncbi.nlm.nih.gov)
膜的两个脂质层称为单分子层，其组成通常并不相同。膜蛋白也具有特定的朝向，不同区域分别暴露于细胞内部和外部。在真核细胞的质膜中，连接在蛋白质和脂质上的碳水化合物链位于细胞外侧表面。这些糖链与其他附着于表面的糖类共同构成糖萼，即富含碳水化合物的外被，参与细胞保护及细胞间相互作用。(ncbi.nlm.nih.gov)
流动性与组织方式
S. J. 辛格和加思·L. 尼科尔森于1972年提出的流动镶嵌模型，将膜描述为蛋白质嵌入流动脂质基质中的结构。许多脂质和蛋白质可以在膜内沿侧向移动。“流动”并不意味着每个组分都能自由运动：膜组分与其他蛋白质、相邻细胞或膜下细胞骨架的联系，可以限制其运动，并维持具有特定功能的表面区域。因此，细胞膜是一个动态而有组织的界面，并非均一的分子薄层。(pubmed.ncbi.nlm.nih.gov)
整合膜蛋白嵌入脂质基质中，其中跨膜蛋白贯穿整个膜。外周膜蛋白附着于膜表面，通常通过与其他蛋白质相互作用实现。还有一些蛋白质通过脂质锚连接到膜上。这些不同的排列方式使蛋白质的功能区域处于适当位置，从而能够结合物质、传递信号、催化反应，或将膜连接到支撑结构上。(ncbi.nlm.nih.gov)
选择性通透性与物质运输
小型非极性分子较容易穿过脂质双层，而离子以及大多数体积较大或极性较强的分子则需要借助转运蛋白。被动运输顺浓度梯度进行；对于带电物质，则顺电化学梯度进行，不直接消耗代谢能量。简单扩散通过脂质基质进行，而易化扩散则借助通道或载体。通道提供通过膜的路径；载体则结合特定溶质，并通过构象变化将其转运至膜的另一侧。(ncbi.nlm.nih.gov)
离子通道具有选择性，且常受电压、化学物质结合或其他刺激的调节。水能够穿过脂质双层，但在许多细胞中，水通道蛋白可大幅提高水的通过速率。水跨越选择性通透膜的运动称为渗透，膜两侧溶质浓度的差异会通过这一过程影响细胞体积。(ncbi.nlm.nih.gov)
主动运输将物质的转运与能量来源相耦联，使物质逆其电化学梯度移动。初级主动运输通常利用三磷酸腺苷（ATP）的水解。例如，钠钾泵通常每水解一个ATP分子，就向细胞外运出三个钠离子，同时向细胞内运入两个钾离子。次级主动运输则利用其他运输过程建立的梯度，将一种物质顺梯度的移动与另一种物质逆梯度的运输相耦联。(ncbi.nlm.nih.gov)
信息传递与结构连接
膜受体识别细胞外信号，并引发细胞内部的变化。配体的结合可以改变受体活性，使信息跨膜传递，而不必让信号分子本身进入细胞。通过这些机制，细胞能够根据所处的化学环境调整自身行为。(ncbi.nlm.nih.gov)
其他膜蛋白将细胞连接到相邻细胞或细胞外的支撑物质上。膜与细胞骨架的连接有助于协调细胞表面的组织方式、细胞形状及其力学行为。因此，膜蛋白兼具信息传递和结构支撑作用，将外部相互作用与细胞内部的组织联系起来。(ncbi.nlm.nih.gov)
膜运输与更新
真核细胞还通过膜包裹的囊泡交换物质。在胞吞作用过程中，质膜的局部区域向内凹陷并脱离，将细胞外物质带入细胞。受体介导的胞吞作用会在内化之前选择性地富集特定分子。内化的受体随后可能返回细胞表面，也可能被送往降解途径。(ncbi.nlm.nih.gov)
在胞吐作用过程中，细胞内囊泡与质膜融合，将其内容物释放到细胞外，同时向细胞表面补充脂质和蛋白质。胞吞、再循环和胞吐共同持续重塑膜的组成，并调节表面蛋白质的数量。这些过程将质膜与细胞内部的膜运输系统连接起来。(ncbi.nlm.nih.gov)