亦称原生质膜或质膜。是指直接包围在原生质体外面的原生质性的膜。在借助电子显微镜观察以前，已根据细胞具有半透性，以及针刺细胞表层有细胞质流出等特点，而推断出细胞膜是客观存在的。1935年J．F．Danielli和H．A．Davson提出了细胞膜的模型。即认为细胞膜是由双分子的脂质层构成，各脂质将亲脂性的碳氢链朝向内侧互相对着平行地排列着，这种脂质层的外侧全被蛋白质分子覆盖着。其根据有二，（1）用从红血球膜分离出来的脂质在水面上作成单分子膜时所占的面积恰好等于红血球表面积的2倍；（2）红血球和海胆卵等的表面张力比油对水的表面张力15达因厘米（dyn cm）低0.2—0.8达因厘米（dyn cm）。这种界限膜的存在，最初是依靠显微镜才得到证实的。它有三层结构，中间是一层明层，被同明层大致相同厚度的两层暗层夹着，膜的总厚度是8—10毫微米。J．D．Robertson于1960年称这三层结构为单位膜，这是因为这种基本结构在所有细胞的细胞膜中都存在，而且在核、线粒体、内质网和高尔基体等细胞器的膜中也都存在。单位膜的这一名称纯属形态学的和描述性的，因为单位膜也有许多种类，在其化学组成、透性以至生理功能方面，即使同样是细胞膜，也会因细胞的不同而异，而且即使是在同一个细胞中，也会因细胞器的不同而异。三层结构究竟是象Danielli的模型那样，由蛋白质-脂质-蛋白质所构成，还是由脂质-蛋白质-脂质所构成（即脂质的极性基团直接与外部相接，蛋白质的比较疏水性的氨基酸残基位于膜的中央并被脂质的非极性基团夹着）尚未搞清，因为这两种模型都拥有有力的证据。另外，S．J．Singer于1971年认为球状蛋白质和磷脂质的双分子层是相互混合的嵌镶结构（流动嵌镶模型）蛋白质在平面的脂质液相中浮游，并能够依靠扩散来移动。用冰冻蚀刻术在电子显微镜下观察膜的内部结构，发现其内部分布着颗粒结构，颗粒分布的密度是，在原生质中是内侧的密度高，在内质网和核膜中是外侧的密度高。即在膜上能看到结构的非对称性。现已发现在细胞膜上具有选择透性、被刺激性、生物电发生、吞噬作用、主动运输和免疫特性等功能，这些发现表明细胞膜对于细胞的生活具有极其重要和极其复杂的作用。目前正朝着用人工膜使这些膜的部分功能重现的方向进行研究。