細胞是人體和其他生物體一切生命活動結構與功能的基本單位。體內所有的生理功能和生化反應，都是在細胞及其合成排泄的基質(如細胞間隙中的膠原和蛋白聚糖)的物質基礎上進行的。一切動物細胞都被一層薄膜所包裹，這稱作細胞膜，為生物膜的一種，它把細胞內容物和細胞的周圍環境分割開來。在地球上出現有生命物質和它由簡單到復雜的長期演化過程中，生物膜的出現是一次飛躍，它使細胞能夠既獨立于環境而存在，又能通過生物膜與周圍環境進行有選擇的物質交換而維持生命活動。顯然，細胞要維持正常的生命活動，不僅細胞的內容物不能流失，且其化學組成必須保持相對穩定，這就需要在細胞和它的環境之間有某種特殊的屏障存在。它能使新陳代謝過程中，經常由細胞得到氧氣和營養物質接受各種信息分子和離子，排出代謝產物和廢物，使細胞保持穩態，這對維持細胞的生命活動極為重要。因此生物膜是一個具有特殊結構和功能的選擇性通透膜，它的主要功能可歸納為：能量轉換、物質運送、信息識別與傳遞。
對各種膜性結構的化學分析表明，膜主要由脂質、蛋白質和糖類等物質組成。生物膜所具有的各種功能，在很大程度上決定于膜內所含的蛋白質；細胞和周圍環境之間的物質、能量和信息的交換，大多與細胞膜上的蛋白質有關。細胞膜蛋白質就其功能可分為以下幾類：一類是能識別各種物質，在一定條件下有選擇地使其通過細胞膜的蛋白質如通道蛋白；另一類是分布在細胞膜表面，能“辨認”和接受細胞環境中特異的化學性刺激的蛋白質，這統稱為受體；還有一大類膜蛋白質屬于膜內酶類，種類甚多；此外，膜蛋白質可以是和免疫功能有關的物質。總之，不同細胞都有它特有的膜蛋白質，這是決定細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胞，不斷有各種各樣的物質(從離子和小分子物質到蛋白質大分子，以及團塊性物質或液體)進出細胞，包括各種供能物質、合成新物質的原料、中間代謝產物、代謝終產物、維生素、氧和CO2等進出細胞，它們都與膜上的特定的蛋白質有關。
跨過生物膜的物質運送是生物膜的主要功能之一。物質運送可分為被動運送和主動運送兩大類。被動運送是物質從高濃度一側，順濃度梯度的方向，通過膜運送到低濃度一側的過程，這是一個不需要外界供給能量的自發過程。而物質的主動運送，是指細胞膜通過特定的通道或運載體把某種分子(或離子)轉運到膜的另一側去。這種轉運有選擇性，通道或運載體能識別所需的分子或離子，能對抗濃度梯度，所以是一種耗能過程。在膜的主動運送中所需要的能量只能由物質所通過的膜或膜所屬的細胞來供給。在細胞膜的這種主動運送中，很重要且研究得很充分的是關于Na ，K 的主動運送。包括人體細胞在內的所有動物細胞，其細胞內液和外液中的Na ，K 濃度有很大不同。以神經和肌肉細胞為例，正常時膜內K 濃度約為膜外的30倍，膜外Na 濃度約為膜內的12倍。這種明顯的濃度差的形成和維持，與細胞膜的某種功能有關，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，會引起細胞內外Na ，K 正常濃度差的減小，而在細胞恢復正常代謝活動后，上述濃度差又可恢復。很早就有人推測，各種細胞的細胞膜上普遍存在著一種稱為鈉鉀泵的結構，簡稱鈉泵，它們的作用就是能夠逆著濃度差主動地將細胞內的Na 移出膜外，同時將細胞外的K 移入膜內，因而形成和保持了Na 和K 在膜兩側的特殊分布。后來大量科學實驗證明，鈉泵實際上就是膜結構中的一種特殊蛋白質，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。細胞膜上的鈣泵也是一種ATP酶，它能把細胞內過多的Ca2 轉移到細胞外去。
生物膜是當前分子生物學、細胞生物學中一個十分活躍的研究領域。關于生物膜的結構，生物膜與能量轉換、物質運送、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具有優良識別能力的人造膜，使模仿生物膜機能的人造內臟器官，應用于醫療診斷。