亦稱原生質膜或質膜。是指直接包圍在原生質體外面的原生質性的膜。在借助電子顯微鏡觀察以前，已根據細胞具有半透性，以及針刺細胞表層有細胞質流出等特點，而推斷出細胞膜是客觀存在的。1935年J．F．Danielli和H．A．Davson提出了細胞膜的模型。即認為細胞膜是由雙分子的脂質層構成，各脂質將親脂性的碳氫鏈朝向內側互相對著平行地排列著，這種脂質層的外側全被蛋白質分子覆蓋著。其根據有二，（1）用從紅血球膜分離出來的脂質在水面上作成單分子膜時所占的面積恰好等于紅血球表面積的2倍；（2）紅血球和海膽卵等的表面張力比油對水的表面張力15達因厘米（dyn cm）低0.2—0.8達因厘米（dyn cm）。這種界限膜的存在，最初是依靠顯微鏡才得到證實的。它有三層結構，中間是一層明層，被同明層大致相同厚度的兩層暗層夾著，膜的總厚度是8—10毫微米。J．D．Robertson于1960年稱這三層結構為單位膜，這是因為這種基本結構在所有細胞的細胞膜中都存在，而且在核、線粒體、內質網和高爾基體等細胞器的膜中也都存在。單位膜的這一名稱純屬形態學的和描述性的，因為單位膜也有許多種類，在其化學組成、透性以至生理功能方面，即使同樣是細胞膜，也會因細胞的不同而異，而且即使是在同一個細胞中，也會因細胞器的不同而異。三層結構究竟是象Danielli的模型那樣，由蛋白質-脂質-蛋白質所構成，還是由脂質-蛋白質-脂質所構成（即脂質的極性基團直接與外部相接，蛋白質的比較疏水性的氨基酸殘基位于膜的中央并被脂質的非極性基團夾著）尚未搞清，因為這兩種模型都擁有有力的證據。另外，S．J．Singer于1971年認為球狀蛋白質和磷脂質的雙分子層是相互混合的嵌鑲結構（流動嵌鑲模型）蛋白質在平面的脂質液相中浮游，并能夠依靠擴散來移動。用冰凍蝕刻術在電子顯微鏡下觀察膜的內部結構，發現其內部分布著顆粒結構，顆粒分布的密度是，在原生質中是內側的密度高，在內質網和核膜中是外側的密度高。即在膜上能看到結構的非對稱性。現已發現在細胞膜上具有選擇透性、被刺激性、生物電發生、吞噬作用、主動運輸和免疫特性等功能，這些發現表明細胞膜對于細胞的生活具有極其重要和極其復雜的作用。目前正朝著用人工膜使這些膜的部分功能重現的方向進行研究。