A biológiai membránok az alábbi fő kémiai alkotó elemekből épülnek fel:

A plazmamembrán szerkezete és kémiai összetétele sokáig ismeretlen volt. Az első lényegi információt 1925-ben közölte Gorter és Grendel, melynek értelmében a membránt zsírszerű, vízzel nem elegyedő anyag alkotja. Vizsgálataik során humán vörösvértestekből acetonnal lipideket extraháltak, az izolált lipideket víz felszínére kiterítve azt tapasztalták, hogy a felszínen "film" keletkezik. A méretét egy kis keret segítségével addig csökkentették, míg egy rétegű (monolayer) lipidfilm alakult ki. A felszín méretét az eritrocita felületének kétszeresének találták. Mivel a vörösvértestekben nincsenek belső membránstruktúrák ezért bizonyítékot nyert, hogy a "film" nem más., mint lipid kettős réteg (bilayer). Ezt a membránszerkezet megismerése szempontjából kritikus felismerést később elektronmikroszkópiás felvételekkel is megerősítették.

2.2. ábra - A lipd kettősréteg. A lipid molekulák kettős rétegbe rendeződése a membránban

A lipidmolekulák által képzett kettősrétegbe integrálódnak a sejtenként nagy változatosságot mutató fehérjemolekulák, melyek a lipidekhez hasonlóan gyakran tartalmaznak bizonyos esetekben kovalensen kötött szénhidrát molekulákat is.

Az emlőssejtek plazmamembránjának összetétele:

2.3. ábra - A sejtmembrán molekuláris szerkezete