Клеточная мембрана - или плазматическая мембрана - это постоянно меняющийся ландшафт. Он описывается как жидкая мозаика, так как различные макромолекулы встроены в би-слой фосфолипидов. Среди макромолекул есть белки. Содержание белка варьируется в зависимости от типа клеток. Например, внутренние мембраны митохондрий содержат ~ 76%, а миелин содержит ~ 18% белка. Отдельные клетки содержат много типов мембранных белков - эритроциты содержат более 50 - и разные типы клеток содержат разные наборы мембранных белков.

Мембранные белки имеют широкий диапазон функций. Например, они могут быть каналами или носителями, которые транспортируют вещества, ферменты с метаболической ролью или рецепторы, которые связываются с химическими посредниками.

Как и мембранные липиды, большинство мембранных белков содержат гидрофильные (водолюбивые) и гидрофобные (водобоязненные) области. Гидрофильные области подвергаются воздействию водосодержащего раствора внутри клетки, вне клетки или в обоих случаях. Гидрофобные области обращены к гидрофобным хвостам фосфолипидов внутри бислоя мембраны.

Мембранные белки можно классифицировать по тому, встроены они (интегральные) или связаны с клеточной мембраной (периферические).

Большинство интегральных белков - это трансмембранные белки, которые проходят через оба слоя фосфолипидов, охватывая всю мембрану. Их гидрофильные области простираются с обеих сторон мембраны, обращаясь к цитозоли с одной стороны и внеклеточной жидкости с другой. Их гидрофобные области состоят из спиральных аминокислотных групп (α-спиралей или β-цилиндров). Интегральные монотопные белки прикреплены только к одной стороне мембраны.

Периферические белки не встроены в фосфолипидный бислой и не проникают в его гидрофобное ядро. Вместо этого они временно прикрепляются к внешней или внутренней поверхности мембраны, прикрепляясь к интегральным белкам или фосфолипидам.

Мембранные белки, выходящие за пределы внешней поверхности клетки, часто несут углеводные цепи, образуя гликопротеины. Некоторые гликопротеины облегчают распознавание клетки-клетки, действуя как «идентификационные метки», которые могут распознаваться мембранными белками других клеток.