Os lipídios mais abundantes na membrana plasmática são os fosfolipídios, os quais formam uma bicamada. Os fosfolipídios apresentam uma região hidrofílica e uma região hidrofóbica, estando a região hidrofóbica voltada para o centro da membrana e as regiões hidrofílicas voltadas para as duas superfícies da membrana.

A estrutura fundamental da membrana plasmática é a bicamada lipídica, que atua como uma barreira à passagem de várias substâncias. Como a água e os lipídeos não se misturam, a entrada ou saída de água da célula dependem de mecanismos de transporte ativo, ativados por proteínas especializadas, imersas na membrana plasmática.

O glicocálix é uma camada externa de carboidratos, (açúcares), ligada a proteínas e lipídios na superfície da membrana plasmática das células animais. Ele protege a célula contra danos físicos e químicos, atua no reconhecimento celular e na adesão entre elas, ajuda a reter nutrientes.

As proteínas presentes na membrana plasmática estão incrustadas na bicamada lipídica. Essas proteínas podem estar inseridas totalmente ou apenas parcialmente na membrana. Vale destacar que algumas funcionam como verdadeiros canais para a passagem de substâncias.