Основу любой биологической мембраны образует двойной слой молекул фосфолипидов, расположенных таким образом, чтобы их нерастворимые в воде (гидрофобные) части были обращены друг к другу и формировали внутренний слой мембраны. В двойной слой липидов встроено множество молекул белков, которые могут в нём перемещаться.
У многих клеток в состав окружающей их оболочки, помимо плазматической мембраны, входят и другие структуры, придающие ей особые физиологические свойства. Например, у растительных клеток поверх мембраны находится состоящая из полисахарида целлюлозы и других веществ плотная и прочная клеточная стенка. Из−за неё зрелые растительные клетки практически не могут изменять свою форму. В клеточной стенке имеются поры, благодаря которым клетки растений могут контактировать друг с другом посредством цитоплазматических «мостиков».
У животных клеток клеточная стенка отсутствует, но с наружной стороны плазматической мембраны к молекулам образующих её липидов и белков присоединяются полисахариды, в результате чего образующиеся при этом молекулы гликолипидов и гликопротеинов формируют особый наружный слой животных клеток —гликокаликс.