Het celmembraan – of plasmamembraan – veranderd continue. Het wordt beschreven als een vloeibaar mozaïek, omdat verschillende macromoleculen, zoals eiwitten, in de fosfolipide dubbellaag ingebed zijn. Het eiwitgehalte hangt af van het type cel. Mitochondriale binnenmembranen bevatten bijvoorbeeld ~76% eiwit, terwijl myeline ~18% eiwit bevat. In elke cel komen verscheidene membraaneiwitten voor – rode bloedcellen bevatten bijvoorbeeld meer dan 50 soorten – en zijn afhankelijk van het type cel.
Membraaneiwitten hebben uiteenlopende functies. Ze kunnen bijvoorbeeld een kanaal vormen of als transporter fungeren om stoffen door het membraan te transporteren, of ze kunnen met behulp van metabolische enzymen of receptoren zich binden aan chemische boodschappers.
Net als membraanlipiden bevatten de meeste membraaneiwitten hydrofiele (waterminnende) en hydrofobe (waterafstotende) gebieden. De hydrofiele gebieden kunnen binnenin de cel of buiten de cel voorkomen. De hydrofobe gebieden bevinden zich in de hydrofobische staarten van fosfolipiden in de membraandubbellaag.
Membraaneiwitten kunnen verdeeld worden in twee groepen, eiwitten die ingebed zijn in het membraan (integrale mebraaneiwitten) of eiwitten die gekoppeld zijn het aan celmembraan (perifere membraaneiwitten).
De meeste integrale eiwitten zijn transmembrane eiwitten, die beide fosfolipidenlagen doorkruisen en het hele membraan overspannen. Hun hydrofiele gebieden strekken zich uit over het hele membraan, en staat in contact met het cytosol aan de ene kant en de extracellulaire vloeistof aan de andere kant. Hun hydrofobe gebieden bestaan uit opgerolde aminozuurgroepen (α-helices of β-barrels). Integrale monotopische eiwitten bevinden zich slechts aan één kant van het membraan.
Perifere eiwitten zijn niet ingebed in de fosfolipide dubbellaag en strekken zich niet uit tot in de hydrofobe kern. In plaats daarvan hechten ze zich tijdelijk aan de buiten- of binnenkant van het membraan, waar ze gebonden zijn aan integrale eiwitten of fosfolipiden.
Membraaneiwitten die op het buitenoppervlak van een cel bevatten vaak koolhydraatketens, waardoor glycoproteïnen worden gevormd. Sommige glycoproteïnen fungeren als "ID-tag", waardoor cellen gemakkelijker door een membraaneiwitten van andere cellen herkend kunnen worden.
