Yaşamın temel bir özelliği, dış ortamı iç kısımdan ayırma yeteneğidir. Bunu yapmak için, hücreler biyolojik moleküllerin geçişini düzenleyen yarı geçirgen membranlar geliştirdiler. Ek olarak, hücre zarı bir hücrenin şeklini ve dış çevre ile etkileşimlerini oluşturur. Ökaryotik hücre membranları ayrıca iç alanı bölümlere ayırır, bunlar arasında çekirdeğin endomembran yapıları, endoplazmik retikulum ve Golgi aparatı bulunur.

Membranlar esas olarak hidrofilik başlıkdan ve iki hidrofobik kuyruktan oluşan fosfolipitlerden oluşur. Bu fosfolipidler, membranın merkezine doğru yönlendirilmiş kuyruklar ve dışa doğru konumlandırılmış kafalar ile çift tabakalar halinde kendiliğinden birleşirler. Bu düzenleme, polar moleküllerin membranın içinde ve dışında fosfolipidlerin kafaları ile etkileşime girmesine izin verir, ancak membranın hidrofobik çekirdeğinden geçmelerini önler.

Proteinler ve karbonhidratlar, hücre membranın benzersiz özelliklerine katkıda bulunur. İntegral proteinler membrana gömülürken, periferik proteinler membranın iç veya dış yüzeyine bağlanır. Transmembran proteinler, tüm hücre zarını kapsayan integral proteinlerdir. Transmembran reseptör proteinleri, dışarıdan hücrenin içine mesaj iletmek için önemlidir. Hücre dışı bir sinyal molekülüne bağlandığında, transmembran reseptörleri hücre içi bir sinyal olarak işlev gören konformasyonel bir değişikliğe uğrar. İyon kanalları gibi diğer proteinler, hidrofobik membran çekirdeği boyunca büyük veya polar moleküllerin geçişini düzenlemek ile görevlidir.

Karbonhidratlar, hücre zarının dış yüzeyindeki lipitlere veya proteinlere bağlanır. Bir hücrenin dış yüzeyinde bulunan glikoproteinlerin ve glikolipidlerin benzersiz kalıpları, hücresel tanımanın gerçekleşmesine izin verir. İnsan bağışıklık hücreleri, hücre yüzeylerindeki karbonhidrat modifikasyonlarını tanıyarak kendinden olmayanları ayırt edebilirler. Bir zarda bulunan proteinler, karbonhidratlar ve lipitler birlikte hücreler için işlevsel ve esnek bir sınır oluşturur.