生物膜的主要化学成分是脂类和蛋白质，糖类次之，另外还有微量的核酸、金属离子和水。膜脂和膜蛋白以及糖类所占的比例因膜的种类而异。
例如，神经鞘膜中脂类含量占75%，而蛋白质只占18%，这利于膜在神经兴奋传导中的绝缘作用；而线粒体膜蛋白质含量占75%以上，脂类则占约20%，这与该膜含有丰富的酶有关。膜的功能越复杂，蛋白质含量越高。膜中蛋白质与脂类之比一般为4：1到1：4之间。
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