Zellmembranen bestehen aus Phospholipiden, Proteinen und Kohlenhydraten, die aufgrund chemischer Wechselwirkungen lose aneinandergebunden sind. Die Moleküle sind im Allgemeinen in der Lage, sich innerhalb der Membranebene zu bewegen. Das ermöglicht die als Membranfluidität bezeichnete flexible Natur der Zellmembran. Zwei weitere Merkmale der Membran tragen zur der Fluidität der Zellmembran bei: die chemische Struktur der Phospholipide und das Vorhandensein von Cholesterin in der Membran.

Die Fettsäurereste der Phospholipide können entweder gesättigt oder ungesättigt sein. Gesättigte Fettsäuren haben Einzelbindungen zwischen den Kohlenwasserstoffen und sind mit der maximalen Anzahl an Wasserstoff gesättigt. Diese gesättigten Reste sind gerade und können sich daher dicht zusammenfügen. Im Gegensatz dazu enthalten ungesättigte Fettsäurereste Doppelbindungen zwischen den Kohlenstoffatomen, was ihnen eine geknickte Form verleiht und eine dichte Packung verhindert. Eine Erhöhung des relativen Anteils von ungesättigten Phospholipiden führt zu einer flüssigeren Membran. Organismen wie Bakterien und Hefen, die den Temperaturschwankungen der Umgebung ausgesetzt sind, können den Fettsäuregehalt ihrer Membranen so anpassen, dass eine relativ konstante Fließfähigkeit erhalten bleibt.

In den Zellmembranen kann Cholesterin mit den Köpfen der Phospholipide interagieren und dabei den proximalen Teil der Kohlenwasserstoffkette teilweise immobilisieren. Diese Wechselwirkung verringert die Fähigkeit von polaren Molekülen die Zellmembran zu durchqueren. Cholesterin verhindert auch, dass sich die Phospholipide dicht zusammenlagern. Dadurch wird die Wahrscheinlichkeit des Einfrierens der Zellmembran minimiert. Ebenso wirkt Cholesterin als Strukturpuffer, wenn die Temperaturen zu warm werden, und verhindert so eine übermäßige Fluidität.

Außerdem wird angenommen, dass Cholesterin eine Rolle bei der Anordnung von Membranlipiden und Membranproteinen in funktionelle Bereiche, den Lipid Rafts, spielt. Es wird vermutet, dass diese Gruppen an Proteinen, Phospholipiden und Cholesterin bestimmte Regionen der Membran abschotten und Moleküle mit ähnlichen Funktionen in unmittelbarer Nähe zueinander positionieren. Die spezifische Struktur und Funktion dieser Membranbereiche sind jedoch unklar und ein aktives Forschungsgebiet.