所有细胞都由质膜所包被。质膜作为屏障，可将细胞与周围其他细胞及外界环境隔开。虽然质膜通常是细胞边界的标志，但单细胞生物（包括细菌）常常在细胞膜外还存在着一些附加结构。此外，植物细胞的最外围结构也并非细胞膜，而是由纤维素所构成的刚性细胞壁（图4）。经过一个多世纪的研究，人们已经了解到细胞膜由脂质分子和蛋白质构成，其成分十分复杂，且具有动态变化的特征。质膜的基本结构为脂质双分子层，虽然其厚度极薄，却极坚韧而富有弹性，同时具有一定的通透性，允许细胞与周围环境实现持续的分子交换。细胞的物质交换依赖于水分子在多因素调控下的持续性进出。在这一过程中，可溶性分子如氧气被带入细胞，而代谢产物如二氧化碳则被排出至细胞外。一些分子量较大的外界物质可以通过细胞膜的内吞作用进入细胞，这一过程被称为胞吞（phagocytosis），其相反的过程则被称为胞吐（exocytosis）。在胞吐过程中，即将被排出细胞外的物质可被包膜的小泡所包裹。当小泡到达细胞表面时，小泡膜与质膜相融合，细胞便可在不破坏质膜完整性的前提下将内容物释放至胞外。对质膜而言，其每小时均会“翻转”（替换）一次，细胞膜的动态变化特性正体现于此。
图4 植物细胞切片
图中显示了植物细胞与动物细胞的主要区别：植物细胞具有细胞壁、含有淀粉颗粒（starchgrain，SG）的叶绿体，以及位于细胞中心区域的大液泡
