1) Бар'єрна - плазмалемма відмежовує цитоплазму і ядро від зовнішнього середовища. Крім того, мембрана ділить внутрішній вміст клітини на відсіки (компартменти), в яких часто протікають протилежні біохімічні реакції.
2) Рецепторная (сигнальна) - завдяки важливого властивості білкових молекул - денатурації, мембрана здатна вловлювати різні зміни в навколишньому середовищі. Так, при впливі на мембрану клітини різних факторів середовища (фізичних, хімічних, біологічних) білки, що входять до її складу, змінюють свою просторову конфігурацію, що служить своєрідним сигналом для клітини. Це забезпечує зв'язок із зовнішнім середовищем, розпізнавання клітин і їх орієнтацію при формуванні тканин і т.д. З цією функцією пов'язана діяльність різних регуляторних систем і формування імунної відповіді.
3) Обмінна - до складу мембрани входять не тільки структурні білки, які утворюють її, але і ферментативні, є біологічними каталізаторами. Вони розташовуються на мембрані у вигляді «каталітичного конвеєра» і визначають інтенсивність і спрямованість реакцій метаболізму.
4) Транспортна - молекули речовин, діаметр яких не перевищує 50 нм, можуть проникати шляхом пасивного і активного транспорту через пори в структурі мембрани. Великі речовини потрапляють в клітину шляхом ендоцитозу (транспорт в мембранної упаковці), що вимагає витрати енергії. Його різновидами є фаго- і пиноцитоз.
Пасивний транспорт - вид транспорту, в якому перенесення речовин здійснюється за градієнтом хімічної або електрохімічної концентрації без витрати енергії АТФ. Виділяють два види пасивного транспорту: проста і полегшена дифузія. Дифузія - це перенос іонів або молекул із зони вищої їх концентрації в зону більш низької концентрації, тобто по градієнту.
Проста дифузія - іони солей і вода проникають через трансмембранні білки або жиророзчинні речовини по градієнту концентрації.
Полегшена дифузія - специфічні білки-переносники пов'язують речовина і переносять його через мембрану за принципом «пінг-понгу». Таким способом через мембрану проходять цукру і амінокислоти. Швидкість такого транспорту значно вище, ніж простий дифузії. Крім білків переносників, в полегшеної дифузії беруть участь деякі антибіотики - наприклад, грамітідін і ваноміцін. Оскільки вони забезпечують транспорт іонів, їх називають іонофори.
Активний транспорт - це вид транспорту, при якому витрачається енергія АТФ, він йде проти градієнта концентрації. У ньому беруть участь ферменти АТФ-ази. У зовнішній клітинній мембрані знаходяться АТФ-ази, які здійснюють перенесення іонів проти градієнта концентрації, це явище називається іонним насосом. Прикладом є натрій-калієвий насос. У нормі в клітці більше іонів калію, у зовнішньому середовищі - іонів натрію. Тому за законами простої дифузії калій прагне з клітки, а натрій - в клітку. На противагу цьому натрій-калієвий насос накачує проти градієнта концентрації в клітину іони калію, а іони натрію виносить в зовнішнє середовище. Це дозволяє підтримувати сталість іонного складу в клітці і її життєздатність. У тваринній клітині одна третина АТФ витрачається на роботу натрій-калієвого насоса.
Різновидом активного транспорту є транспорт в мембранної упаковці - ендоцитоз. Великі молекули біополімерів не можуть проникати через мембрану, вони надходять в клітину в мембранної упаковці. Розрізняють фагоцитоз і піноцитозу. Фагоцитоз - захоплення клітиною твердих частинок, пиноцитоз - рідких частинок. У цих процесах виділяють стадії:
1) впізнавання рецепторами мембрани речовини; 2) впячивание (інвагінація) мембрани з утворенням везикули (бульбашки); 3) відрив бульбашки від мембрани, злиття його з первинної лизосомой і відновлення цілісності мембрани; 4) виділення неперетравленого матеріалу з клітки (екзоцитоз).
Ендоцитоз є способом харчування для найпростіших. У ссавців і людини є ретикуло-гісто-ендотеліальна система клітин, здатна до ендоцитозу - це лейкоцити, макрофаги, клітини Купфера в печінці.