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Además de la piel, las principales membranas animales son las mucosas de las cavidades digestiva y genital, el epitelio pulmonar, la pared celular y las membranas nuclear y mitocondrial. La membrana celular desempeña un papel esencial al controlar la entrada y la salida de los distintos tipos de moléculas.
El microscopio electrónico ha revelado una estructura en tres capas de cada membrana celular: los lípidos en el centro y las proteínas dentro y fuera. Las membranas celulares regulan los intercambios en agua, en especies iónicas, en oxígeno y en materia orgánica entre los medios intracelulares y extracelulares. Además, intervienen por varios procesos en los intercambios intercelulares: difusión simple (por ejemplo, para el agua y el oxígeno), difusión facilitada por medio de transportadores, para sustancias poco difusibles espontáneamente (glucosa y aminoácidos), transporte activo, que permite concentrar determinados iones dentro de la célula (potasio) y mantener el sodio en el exterior. Estos transportes activos dan origen a un potencial interno negativo de varias decenas de milivoltios con respecto al exterior. Este potencial es fijo en la mayoría de células, pero puede variar en las células nerviosas y musculares, dotadas de una membrana excitable; bajo la acción de un estímulo eléctrico o químico, la intensidad de las corrientes de membrana debidas a los transportes iónicos activos puede variar; se puede producir entonces una fuerte despolarización: es el potencial de acción. He aquí una serie de imágenes bien explicadas para que se pueda comprender lo antes dicho.