Липиды являются важным компонентом всех биологических мембран. Среднее содержание липидов в мембранах млекопитающих составляет 50%, хотя оно может составлять всего 20% во внутренней митохондриальной мембране или достигать 80% в миелиновой оболочке, присутствующей вокруг нервных клеток.

Фосфатидилхолин, фосфатидилэтаноламин, фосфатидилсерин и сфингомиелин являются наиболее распространенными фосфолипидами, присутствующими в мембранах млекопитающих. При физиологическом рН фосфатидилсерин заряжен отрицательно, в то время как остальные три остаются нейтральными. В мембранных липидах количество атомов углерода, присутствующих в жирных кислотах, и степень их насыщения могут варьироваться. Жирные кислоты могут быть полностью насыщенными без двойных связей, мононенасыщенными с одной двойной связью или полиненасыщенными с несколькими двойными связями.

Гликолипиды относятся к физиологически важному классу мембранных липидов, которые всегда присутствуют на внешней или внеклеточной стороне мембраны. У эукариот они обнаруживаются как в плазматической мембране, так и во внутриклеточных мембранах. Галактоцереброзид, простой гликолипид, в изобилии присутствует в миелиновых оболочках вместе со сфингомиелином. Ганглиозиды, сложнейшие гликолипиды, отрицательно заряжены из-за присутствия сиаловой кислоты и могут составлять до 10% от общего количества липидов в мембранах нервных клеток. Ганглиозиды изучаются на предмет их роли в вирусных и генетических заболеваниях. Ганглиозид GM1 действует как рецептор клеточной поверхности для холерного токсина, в то время как чрезмерное накопление ганглиозидов GM2 наблюдается при болезни Тея-Сакса, генетическом заболевании.

Еще один класс мембранных липидов – это стеролы. Растительные стеролы составляют значительный компонент плазматической мембраны растений и могут составлять 30-50% от общего объема мембранных липидов. В эукариотических мембранах также присутствуют холестерины, составляющие почти 50% от общего количества липидов. Структура холестерина в клеточных мембранах человека немного отличается от структуры эргостерола, распространенного липидного компонента мембран грибов.