细胞质膜的复杂功能主要由膜蛋白承担，这些蛋白大约占据了核基因组编码蛋白质的30%。它们根据与膜脂的结合方式和位置被分为三种类型：内在蛋白、外周蛋白和脂锚定蛋白。
首先，内在蛋白，又称为整合蛋白，部分或全部嵌入膜脂双层，包括全跨膜蛋白。由于其与膜的紧密结合，只有特定的去垢剂如SDS和Triton-X100能将其从膜上分离。内在蛋白的跨膜结构域通过形成亲水通道，如α螺旋或β折叠结构，与脂双层的疏水部分互动。
跨膜结构域的正电荷氨基酸残基与磷脂的负电极性头部通过离子键或阳离子如Ca2+、Mg2+等进行相互作用。此外，一些内在蛋白会在细胞质基质一侧的半胱氨酸残基上与脂肪酸结合，或者与糖脂共价结合。
相比之下，外周蛋白，即外在蛋白，是非跨膜的，分布在细胞膜表面。它们通过离子键或弱键与膜表面的蛋白质或脂分子的亲水部分相连。这些蛋白易于在改变离子强度或温度条件下从膜上分离。
脂锚定蛋白则通过磷脂或脂肪酸的共价连接固定在膜上。这类蛋白又分为两类：一类是通过糖磷脂酰肌醇（GPI）连接的，如细胞表面的受体、酶、粘附分子，以及与羊瘙痒病相关的PrPC蛋白。另一类与膜内小叶的长碳氢链相连。
细胞质膜(plasma membrane) 是指包围在细胞表面的一层极薄的膜，主要由膜脂和膜蛋白所组成。质膜的基本作用是维护细胞内微环境的相对稳定，并参与同外界环境进行物质交换、能量和信息传递。另外， 在细胞的生存、生长、分裂、分化中起重要作用。