Los lípidos son un componente esencial de todas las membranas biológicas. El contenido promedio de lípidos en las membranas de los mamíferos es del 50%, aunque puede ser tan bajo como el 20% en la membrana mitocondrial interna o tan alto como el 80% en la vaina de mielina presente alrededor de las células nerviosas.

La fosfatidilcolina, la fosfatidiletanolamina, la fosfatidilserina y la esfingomielina son los fosfolípidos más comunes presentes en las membranas de los mamíferos. A pH fisiológico, la fosfatidilserina está cargada negativamente, mientras que las otras tres permanecen neutras. En los lípidos de membrana, el número de átomos de carbono presentes en los ácidos grasos y su grado de saturación pueden variar. Los ácidos grasos pueden ser completamente saturados sin dobles enlaces, monoinsaturados con un solo doble enlace o poliinsaturados con múltiples dobles enlaces.

Los glicolípidos comprenden una clase fisiológicamente importante de lípidos de membrana que siempre están presentes en el lado externo o extracelular de la membrana. En los eucariotas, se encuentran tanto en la membrana plasmática como en las membranas intracelulares. El galactocerebrósido, un glicolípido simple, existe en abundancia en las vainas de mielina junto con la esfingomielina. Los gangliósidos, los glicolípidos más complejos, están cargados negativamente debido a la presencia de ácido siálico y pueden constituir hasta el 10% de los lípidos totales en las membranas de las células nerviosas. Los gangliósidos se estudian por su papel en las enfermedades virales y genéticas. El gangliósido GM1 actúa como un receptor de superficie celular para la toxina del cólera, mientras que en la enfermedad de Tay-Sachs, un trastorno genético, se observa una acumulación excesiva de gangliósidos GM2.

Otra clase de lípidos de membrana son los esteroles. Los esteroles específicos de la planta constituyen un componente importante de la membrana plasmática de la planta y pueden comprender el 30-50% de los lípidos totales de la membrana. En las membranas eucariotas también están presentes los colesteroles, que constituyen casi el 50% de los lípidos totales. La estructura del colesterol en las membranas celulares humanas es ligeramente diferente del ergosterol, un constituyente lipídico común de las membranas fúngicas.