細(xì)胞是人體和其他生物體一切生命活動結(jié)構(gòu)與功能的基本單位。體內(nèi)所有的生理功能和生化反應(yīng)，都是在細(xì)胞及其合成排泄的基質(zhì)(如細(xì)胞間隙中的膠原和蛋白聚糖)的物質(zhì)基礎(chǔ)上進行的。一切動物細(xì)胞都被一層薄膜所包裹，這稱作細(xì)胞膜，為生物膜的一種，它把細(xì)胞內(nèi)容物和細(xì)胞的周圍環(huán)境分割開來。在地球上出現(xiàn)有生命物質(zhì)和它由簡單到復(fù)雜的長期演化過程中，生物膜的出現(xiàn)是一次飛躍，它使細(xì)胞能夠既獨立于環(huán)境而存在，又能通過生物膜與周圍環(huán)境進行有選擇的物質(zhì)交換而維持生命活動。顯然，細(xì)胞要維持正常的生命活動，不僅細(xì)胞的內(nèi)容物不能流失，且其化學(xué)組成必須保持相對穩(wěn)定，這就需要在細(xì)胞和它的環(huán)境之間有某種特殊的屏障存在。它能使新陳代謝過程中，經(jīng)常由細(xì)胞得到氧氣和營養(yǎng)物質(zhì)接受各種信息分子和離子，排出代謝產(chǎn)物和廢物，使細(xì)胞保持穩(wěn)態(tài)，這對維持細(xì)胞的生命活動極為重要。因此生物膜是一個具有特殊結(jié)構(gòu)和功能的選擇性通透膜，它的主要功能可歸納為：能量轉(zhuǎn)換、物質(zhì)運送、信息識別與傳遞。
對各種膜性結(jié)構(gòu)的化學(xué)分析表明，膜主要由脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和糖類等物質(zhì)組成。生物膜所具有的各種功能，在很大程度上決定于膜內(nèi)所含的蛋白質(zhì)；細(xì)胞和周圍環(huán)境之間的物質(zhì)、能量和信息的交換，大多與細(xì)胞膜上的蛋白質(zhì)有關(guān)。細(xì)胞膜蛋白質(zhì)就其功能可分為以下幾類：一類是能識別各種物質(zhì)，在一定條件下有選擇地使其通過細(xì)胞膜的蛋白質(zhì)如通道蛋白；另一類是分布在細(xì)胞膜表面，能“辨認(rèn)”和接受細(xì)胞環(huán)境中特異的化學(xué)性刺激的蛋白質(zhì)，這統(tǒng)稱為受體；還有一大類膜蛋白質(zhì)屬于膜內(nèi)酶類，種類甚多；此外，膜蛋白質(zhì)可以是和免疫功能有關(guān)的物質(zhì)。總之，不同細(xì)胞都有它特有的膜蛋白質(zhì)，這是決定細(xì)胞在功能上的特異性的重要因素。一個進行著新陳代謝的活細(xì)胞，不斷有各種各樣的物質(zhì)(從離子和小分子物質(zhì)到蛋白質(zhì)大分子，以及團塊性物質(zhì)或液體)進出細(xì)胞，包括各種供能物質(zhì)、合成新物質(zhì)的原料、中間代謝產(chǎn)物、代謝終產(chǎn)物、維生素、氧和CO2等進出細(xì)胞，它們都與膜上的特定的蛋白質(zhì)有關(guān)。
跨過生物膜的物質(zhì)運送是生物膜的主要功能之一。物質(zhì)運送可分為被動運送和主動運送兩大類。被動運送是物質(zhì)從高濃度一側(cè)，順濃度梯度的方向，通過膜運送到低濃度一側(cè)的過程，這是一個不需要外界供給能量的自發(fā)過程。而物質(zhì)的主動運送，是指細(xì)胞膜通過特定的通道或運載體把某種分子(或離子)轉(zhuǎn)運到膜的另一側(cè)去。這種轉(zhuǎn)運有選擇性，通道或運載體能識別所需的分子或離子，能對抗?jié)舛忍荻龋允且环N耗能過程。在膜的主動運送中所需要的能量只能由物質(zhì)所通過的膜或膜所屬的細(xì)胞來供給。在細(xì)胞膜的這種主動運送中，很重要且研究得很充分的是關(guān)于Na ，K 的主動運送。包括人體細(xì)胞在內(nèi)的所有動物細(xì)胞，其細(xì)胞內(nèi)液和外液中的Na ，K 濃度有很大不同。以神經(jīng)和肌肉細(xì)胞為例，正常時膜內(nèi)K 濃度約為膜外的30倍，膜外Na 濃度約為膜內(nèi)的12倍。這種明顯的濃度差的形成和維持，與細(xì)胞膜的某種功能有關(guān)，而此功能要靠新陳代謝的正常進行。例如，低溫、缺氧或一些代謝抑制劑的使用，會引起細(xì)胞內(nèi)外Na ，K 正常濃度差的減小，而在細(xì)胞恢復(fù)正常代謝活動后，上述濃度差又可恢復(fù)。很早就有人推測，各種細(xì)胞的細(xì)胞膜上普遍存在著一種稱為鈉鉀泵的結(jié)構(gòu)，簡稱鈉泵，它們的作用就是能夠逆著濃度差主動地將細(xì)胞內(nèi)的Na 移出膜外，同時將細(xì)胞外的K 移入膜內(nèi)，因而形成和保持了Na 和K 在膜兩側(cè)的特殊分布。后來大量科學(xué)實驗證明，鈉泵實際上就是膜結(jié)構(gòu)中的一種特殊蛋白質(zhì)，它本身具有催化ATP水解的活性，可以把 ATP分子中的高能鍵切斷而釋放能量，并利用此能量進行Na ，K 的主動運送。因此鈉泵就是這種被稱為Na -K 依賴式ATP酶的蛋白質(zhì)。細(xì)胞膜上的鈣泵也是一種ATP酶，它能把細(xì)胞內(nèi)過多的Ca2 轉(zhuǎn)移到細(xì)胞外去。
生物膜是當(dāng)前分子生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)中一個十分活躍的研究領(lǐng)域。關(guān)于生物膜的結(jié)構(gòu)，生物膜與能量轉(zhuǎn)換、物質(zhì)運送、信息傳遞，以及生物膜與疾病等方面的研究及用合成化學(xué)的方法制備簡單模擬膜和聚合生物膜等方面不斷取得新進展。另外，人們正在研究對物質(zhì)具有優(yōu)良識別能力的人造膜，使模仿生物膜機能的人造內(nèi)臟器官，應(yīng)用于醫(yī)療診斷。