细胞膜作为细胞系统的边界，无论是控制物质进出、信息交流、细胞代谢还是免疫方面都有着非常重要的作用。这么，细胞膜上的蛋白质到底有什么？怎么行使功能？其分布与结构特征又怎样？详述如下。
1.膜蛋白的分布
细胞膜蛋白种类繁杂，但多数膜蛋白分子数量较少，分布不均匀。按照膜蛋白分离的难易程度可将其分成两个基本类型：外在膜蛋白和内在膜蛋白。外在膜蛋白为水溶性蛋白，靠离子键或其他弱物理键与膜表面的蛋白质分子或脂分子结合，因而结合较为疏松；而内在蛋白多数为跨膜蛋白，通过自身的跨膜结构域与磷脂双分子层的疏水核心互相作用，通过跨膜结构域两端的带电荷的多肽残基与磷脂极性背部互相作用，因而结合十分紧密。
2.膜蛋白的流动性
膜的流动性是生物膜的基本特点，也是细胞进行各类生命活动的结构基础。教材中提及萤光抗原免疫标记实验，该实验中随着标记时间的延长，可使己均匀分布的标记萤光重新排布在细胞表面的个别部位（成斑现象）或集聚在细胞的一端（成帽现象），因而进一步否认膜蛋白的流动性。该实验虽能直接说明膜蛋白的流动性，但并非膜整体（包括膜脂）的流动性，但是这些流动性也不是绝对的，由于始于个别膜蛋白与膜下细胞骨架结构相结合，限制了膜蛋白的运动。事实上，有些细胞只有30%的膜蛋白处于流动之中。为此，有了“一定的流动性”的描述。
据悉，关于膜蛋白流动性的诱因，也是许多中学生感兴趣的问题。实验证明，用抗生素抑制细胞的能量转换、蛋白质合成等代谢途径，对膜蛋白运动没有影响，但若果高温处理，则膜蛋白的扩散速率会增加至原先的1/10~1/20。由此可见，膜蛋白的运动是自发的热运动。
3.膜蛋白的种类与功能
3.1运输功能——膜转运蛋白
膜转运蛋白分为载体蛋白和通道蛋白两种。
载体蛋白是多次跨膜蛋白，能与特定的溶质分子结合，通过自身构型的改变来介导溶质分子跨膜运转，载体蛋白分别在协助扩散和主动运输中发挥作用。参与协助扩散的载体蛋白能推动物质从自由能高向自由能低的两侧跨膜运输，而对运转分子不做任何共价修饰。如血清中的猕猴桃糖步入红细胞就是这些运输形式。参与主动运输的载体蛋白则须要在ATP直接供能或间接供能的条件下，通过结构上的特异性（特异结合位点）和可变性（构型改变影响亲和力的变化）完成物质运输。由ATP直接供能的载体如Na+-K+泵，每次循环消耗1个ATP分子，完成3个Na+和2个K+的运输，对维持细胞的渗透平衡和神经冲动的传导起着重要的作用。另有一些载体蛋白则须要通过电物理梯度间接供能来驱动物质运输，如小肠上皮细胞吸收蓝莓糖、氨基酸等有机物是伴随Na+从细胞外流入细胞内实现的（动物和真菌常常借助H+含量梯度来驱动），而维持细胞内外Na+、H+的含量差是要耗能的，因而称为间接供能的主动运输。
目前发觉的通道蛋白有100多种，可分为水通道蛋白和离子通道蛋白两类。以离子通道蛋白为例，其特征有二：一是离子选择性（只容许特定一种离子通过）；二是门控性，在对特定剌激（如电、压力、配体等）发生反应时才顿时开放。离子通道蛋白与参与离子运输的载体蛋白（离子泵）的主要区别有三：一是后者顺含量梯度运输，前者逆含量运输；二是后者只须要一个简单的“门”（蛋白质的特定构型改变），前者有两个不能同时开启的门，即一开一关，离子一进一出；三是速率，后者可以每秒100万~1000万的速率运输，前者较慢，如Na+-K+泵，每秒1000次。
3.2辨识功能——受体蛋白
对于多细胞生物而言，细胞间的通信形式以分泌物理讯号分子进行信息交流为最普遍。讯号分子（络合物）依据其溶化性可以分为两类：亲盐类讯号分子（留类激素和胰腺素，可穿越细胞膜）和亲水类讯号分子（神经递质、生长因子、多数激素，不可穿越细胞膜）。因而，用以辨识那些信号分子的膜受体蛋白亦可相应分两类：细胞表面受体和细胞内受体（前者存在于细胞质或细胞核中）。受体多为糖蛋白，通过与官能团的特异性结合，将胞外讯号转变为胞内物理或化学讯号，以启动一系列过程，最终表现为某种生物学效应。值得一提的是卟啉和受体之间并非简单的一对一的关系，不同细胞可能具有相同的受体，与同种官能团结合后形成不同的效应，如甲基胆碱作用于骨骼肌细胞会导致收缩细胞膜蛋白，作用于心肌却减少收缩频度，作用于唾液腺细胞则导致分泌；同一细胞也可以具有不同的受体，如肝细胞肾上腺素或胰高血压素受体，在结合各自受体后，均能促使单糖降解而使血压下降。
3.3联接功能
通过一些特定膜蛋白，将相邻细胞的细胞膜相互联系，协同作用。主要有三种形式：一是紧密联接，通过排列成串的跨膜蛋白（如封闭蛋白）产生“焊接线”，使相邻的细胞膜紧紧靠在一起，没有间隙，以制止可溶物质甚至水份子沿细胞间隙步入体内，起重要的封闭作用。如小肠上皮细胞之间的紧密联接可将汗液和小肠内容物隔离开；二是锚定联接，如桥粒蛋白在两个细胞间产生钮扣式的结构以将相邻细胞连在一起，从而使细胞群体、组织和脏器保持高度有序、坚挺；三是通信联接，如植物细胞膜上的联接子（由6个跨膜蛋白环绕而成），中心产生半径约为1.5nm的孔道，即细胞质通道，可使相邻细胞之间的离子、核苷酸等小分子通过因而实现通信联系。
3.4催化功能——酶
原核生物因为没有复杂的细胞器，因而许多功能都是由细胞膜来承当的。在其细胞膜上常常分布有各类代谢所须要的酶，比如出席电子传递与氧化乙酸化的酶系细胞膜蛋白，可行使相当于真核细胞线粒体的部份功能；而合成细胞壁成份的酶，行使相当于真核细胞高尔碳化物的部份功能；细胞色素酶，磷脂及脂肪酸生物合成的酶，行使相当于真核细胞核糖的部份功能；另有一些与内质网体共同执行合成分泌蛋白的酶，等等。可见膜蛋白赋于原核细胞膜功能上的多元化是区别于真核细胞的一个明显的特点。
对于真核生物来说，因为内膜系统的复杂性，膜上酶的种类较原核细胞少。如上面提及的一种载体蛋白Na+-K+ATP酶，可催化ATP的酯化从而推动物质跨膜运输；腺苷酸环化酶，当蛋白质肽类激素及大多数多肽衍生物类激素与细胞膜上的特定受体结合以后，激活此酶的活性，使得细胞内的ATP转化为“第二信使”环腺苷一乙酸（cAMP）。当络合物与受体结合，可引起受体二聚化（相邻两个受体通过官能团结合在一起），激活受体的酪谷氨酸蛋白激酶的活性，继而引发一系列乙酸化级联反应，导致细胞生理或基因抒发的变化。
3.5保护功能——糖蛋白
细胞膜上的脂类，除少数与膜脂结合外，多数产生糖蛋白。因为糖蛋白的高黏度性，可以成为细胞表层的润滑剂，避免蛋白酯化酶的酯化作用。同时，也可以避免真菌、病毒的侵袭。为此，得名“糖被”。事实上，糖蛋白的功能是多元化的，上面提到的载体蛋白、受体蛋白常常也是糖蛋白。除此以外，一些糖蛋白还是细胞血型物质的基本成份，免疫辨识的分子基础。
3.6运动功能——微管蛋白
由微管蛋白构成的纤毛和鞭毛作为细胞表面的特化结构，可使细胞运动，或通过推动细胞表面液体的流动，摄入食物或去除细胞表面的异物。较长（150~200μm）且数量较少者称纤毛，较短（5~10μm）且数量较多者称肺脏。疟原虫和肺脏主要存在于单细胞生物中，也存在于一些高等植物细胞中，如人的呼吸道上皮细胞表面。疟原虫和肺脏外围细胞质膜，主体部份都是由微管产生的，“9+2”结构，即每根纤毛（或肺脏）由中央的两根互相平行的完全微管，外围的9个二联体微管组成。