Như đó thấy rừ đặc tớnh của màng sinh chất là luụn luụn chứa đựng cỏc phõn tử protein. Do đú cỏc protein màng chịu trỏch nhiệm thực hiện hầu hết cỏc quỏ trỡnh động học mà màng tế bào đảm nhiệm. Cỏc lipid màng hỡnh thành nờn một hàng rào thấm chọn lọc đó tạo nờn cỏc khoang được bao bởi màng, trong khi đú cỏc protein đặc biệt làm trung gian cho hầu hết cỏc chức năng khỏc của màng. Lipid màng đó tạo ra mụi trường thớch hợp cho hoạt động của cỏc protein.
Cỏc màng khỏc nhau về thành phần protein của chỳng. Myelin, một màng đúng vai trũ như vỏ cỏch điện quanh cỏc sợi thần kinh nhất định cú hàm lượng protein thấp (18%). Ngược lại, hầu hết màng sinh chất của cỏc tế bào khỏc cú hoạt tớnh hơn nhiều. Chỳng chứa nhiều bơm, cổng và cỏc thụ thể cựng cỏc enzyme. Thành phần protein trong cỏc màng này thường chiếm 50%. Cỏc màng tham gia vào sự chuyển hoỏ năng lượng như là màng trong của ty thể và lục lạp cú tỷ lệ protein cao nhất, thường là 75%.
Cú hai loại protein chớnh trờn màng đú là: (1) protein xuyờn màng hay protein cài màng. Chỳng xuyờn qua lớp kộp lipid của màng và như vậy chỉđược lấy ra khi đó phỏ vỡ lớp kộp lipid. Nhiều protein trong số chỳng là cỏc glycoprotein, chứa cỏc gốc đường nhụ ra phớa mụi trường. Cỏc protein này thường tạo thành cỏc phức hệ protein và cú nhiều tiểu đơn vị. Chỳng là cỏc enzyme, cỏc thụ thể, chất vận chuyển, chất liờn lạc và chất dớnh kết. Chỳng cú hai loại sau:
Protein xuyờn màng một lần hoặc nhiều lần. Chỳng cú cỏc phần nằm trong màng chứa cỏc trỡnh tự xoắn alpha gồm 20 đến 25 acid amin kỵ nước. Cỏc đoạn trỡnh tự bao gồm cỏc acid amin ưa nước phõn tỏch cỏc đoạn trỡnh tự kỵ nước. Cỏc trỡnh tựưa nước cú xu hướng nhụ ra hai phớa của màng, tiếp xỳc với mụi trường nước ở trong tế bào chất và mụi trường ngoài.
Protein xuyờn màng được liờn kết cộng hoỏ trị với cỏc phõn tử phospholipid hay glycolipid của màng nờn cũn được gọi là cỏc protein liờn kết với lipid màng. Chỳng cú diện tớch tiếp xỳc lớn với mụi trường ở hai phớa của màng.
(2) Cỏc protein ngoại biờn, khụng xuyờn qua màng. Chỳng cũng khụng cú cỏc liờn kết cộng hoỏ trị với cỏc thành phần của màng. Ngược lại, chỳng hỡnh thành cỏc liờn kết ion với cỏc cấu trỳc màng. Chỳng cú thểđược tỏch ra khỏi màng dễ dàng bằng cỏch đưa về pH thớch hợp mà khụng phỏ vỡ tớnh nguyờn vẹn của màng. Chỳng nằm về cả hai phớa của màng và cũng thường liờn kết với cỏc phần khụng phải là cấu trỳc màng.