生物膜的基本结构是由膜脂和膜蛋白的基本性质决定的。其最基本的结构骨架是双层的膜脂分子，简称脂双层结构。

　　膜蛋白：膜蛋白是生物膜功能的主要执行者，根据它们在膜上的性质，可分成外周蛋白、内在蛋白和脂锚定蛋白。

　　该模型由S. Jonathan Singer 等人于1972年提出的。其主要内容是：生物膜以具有流动性的二维脂双层作为基本骨架，在上面镶嵌有各种蛋白质，这些蛋白质有的分布在表面，有的横跨整个脂双层，其中的蛋白质相对自由地“浮动”在脂双层骨架上，而形成一种镶嵌的花式。在这里，可以将脂双层比作海洋，膜蛋白比做冰山，膜脂与膜蛋白的关系就像是海洋和冰山。

　　在膜流动性较强的时候，胆固醇特殊的环结构使其能够见缝插针，填充在不饱和碳氢链因弯曲产生的缝隙之中，像胶水一样，加强疏水尾巴之间的范德华力，而使得膜的流动性降低；相反，如果膜的流动性不高，其刚性的环结构就夹杂在饱和的碳氢链之间，不利于疏水尾巴之间紧密有序的聚集，而反而能够提高膜的流动性。

　　在较低的温度下，膜脂上的脂酰基链高度有序排列，而导致生物膜处于一种类似固体或结晶的状态。但随着温度的升高，膜脂上的脂酰基从有序转变为无序状态，原先处于固体态的膜脂逐渐转变为流体态或液晶态。生物膜这种从固态转变为液态的过程被称为相变。