1895年，欧文顿（E.）以前用500多种物理物质对动物细胞的私密性进行过上万次的实验，发觉细胞膜对不同物质的私密性不一样：但凡可以溶于脂类的物质，比不能溶于脂类的物质更容易通过细胞膜步入细胞。于是他提出：膜是由脂类组成的。
20世纪初，科学家第一次将细胞膜从喂奶植物红细胞中分离下来。物理剖析表明，膜的主要成份是磷脂和蛋白质。1925年，法国科学家戈特(E．)和格伦德尔(F．)用乙醇抽提红细胞膜结构，估算出红细胞膜平铺面积同其表面积之比为（1.8～2.2）∶1，约为两倍。她们由此提出脂类双分子层模型。1935年，J.&H.发觉质膜的表面张力比油－水界面的张力低得多，推断膜中富含蛋白质，进而提出了“蛋白质-醇类-蛋白质”的披萨模型。觉得质膜由单层固醇分子及其内外表面附着的蛋白质构成的。1959年在上述基础上提出了修正模型，觉得膜上还具有贯串脂单层的蛋白质通道，供亲水物质通过。
1959年，罗伯特森（J.D.）用纤薄切块技术获得了清晰的细胞膜相片，在电子显微镜下看见了细胞膜的暗-明-暗三层结构，厚约7.5nm，它由厚约3.5nm的单层脂分子和内外表面各厚约2nm的蛋白质构成。他提出“单位膜模型”假说：连续的脂类双分子层组成膜的主体，磷脂的非极性端朝向膜外侧，极性端朝向膜外右侧，蛋白质以双层肽链的长度，通过静电作用与磷脂极性端相结合，进而产生蛋白质—磷脂—蛋白质的三层结构，称之为单位膜。他提出真核细胞与原核细胞具有相同的膜结构。单位膜模型的主要不足在于：把生物膜的结构描述成静止的、不变的，这似乎与膜功能的多样性相矛盾。1970年，LarryFrye和等科学家将人和鼠的细胞膜用不同萤光抗原标记后，让两种细胞融合，杂种细胞一半肿胀色萤光、另一半发红色萤光，放置一段时间后发觉两种萤光抗原均匀分布。这一实验，以及相关的其他实验证据表明细胞膜具有流动性。
在新的观察和实验证据的基础上，又有学者提出了一些关于生物膜的分子结构模型。其中细胞膜的流动镶嵌模型，1972年桑格（S.J.）和尼克森（G.）提出的流动镶嵌模型为大多数人所接受。1972年，桑格（S.J.）和尼克森（G.）总结了当时有关膜结构模型及各类研究新技术的成就，提出了生物膜的流动镶嵌模型(fluidmodel)。
流动镶嵌模型（fluidmodel），特指膜的流动镶嵌模型。这一模型是针对细胞膜提出的一种膜的结构模型，描述膜为结构和功能上不对称的脂单层所组成，蛋白质以镶嵌样模式分布在膜的表面与内部，并能在膜内运动。此模型也可适用于亚细胞结构的膜。生物膜的流动镶嵌模型(fluidmodel)觉得：
一、磷脂双分子层构成了生物膜的基本支架细胞膜的流动镶嵌模型，这个支架不是静止的。其中磷脂分子的亲水性脑部朝向左侧，疏水亲脂性的尾部相对朝向外侧。
二、球形膜蛋白分子以各类镶嵌方式与磷脂双分子层相结合，有的镶在磷脂双分子层表面，有的全部或部份嵌入磷脂双分子层中，有的贯串于整个磷脂双分子层。这儿彰显了膜结构内外的不对称性。另外，大多数膜蛋白分子是功能蛋白。
三、大多数蛋白质分子和磷脂分子都还能以进行纵向扩散的方式运动，彰显了膜具有一定的流动性。
四、在细胞膜的外表，有一层由细胞膜上的蛋白质与脂类结合产生的糖蛋白，称作糖被。它在细胞生命活动中具有重要的功能。诸如：消化道和呼吸道上皮细胞表面的糖蛋白有保护和润滑作用；糖被与细胞表面的辨识有密切的关系，好比是细胞与细胞之间，或则细胞与其他大分子之间，互相联络用的文字或语言。除糖蛋白外，细胞膜表面还有脂类和脂类分子结合成的糖脂。这一模型指出了膜结构的流动性和不对称性，对细胞膜的结构和功能做出了较为科学的解释，被广泛接受，也得到许多实验的支持。
流动镶嵌模型在个别方面还不够健全，如忽视了无机离子和水所起的作用，忽略了蛋白质分子对膜脂分子流动性的控制作用，忽略了膜的各个部份流动性的不均匀性等等。