Membranski lipidi so sestavni del aktivnega transporta skozi membrano, številnih vrst encimske aktivnosti in tvorbe membrane. Lipidi so skupina spojin, ki vključujejo maščobe in olja in so netopne v vodi, vendar topne v alkoholu. Povedano drugače, lipidi se v vodi ne raztopijo, kar se jasno pokaže, ko vodi dodate olje – mešajo se, a ostanejo ločeni. Obstaja veliko različnih vrst lipidov, vendar so glavni razredi membranskih lipidov fosfolipidi, glikolipidi, sfingolipidi in holesterol.
Lipidi so amfipatski, ker ima vsaka molekula dve različni področji z različnimi afinitetami za vodo in olje. Hidrofilno območje molekule je polarno, zato jo privlači voda. Hidrofobno območje ni polarno in se ne raztopi v vodi. Prav ta izrazita značilnost lipidov povzroča strukturo živih membran. Ko se tvori membrana, se membranski lipidi razporedijo v dvosloj. Dvosloj je sestavljen iz dveh listov membranskih lipidov s hidrofilnimi glavami, ki so obrnjene, in hidrofobnimi repi na sredini membranskega dvosloja.
Vse membrane v živih organizmih, tako okoli celic kot znotraj njih, so večinoma sestavljene iz lipidov in beljakovin. Membranski lipidi so najbolj prevladujoče molekule v membrani. Nekateri proteini so razpršeni po lipidni plasti, drugi pa so pritrjeni na njeno površino.
Večina membranskih lipidov nastane iz glicerola, ki se povezuje s tremi verigami maščobnih kislin s kovalentno vezjo. Nastale molekule se imenujejo gliceridi. Sfingolipidi so izjema od tega pravila, saj nastanejo, ko se sfingozin kovalentno veže na verige maščobnih kislin namesto na glicerol. Kovalentna vez se pojavi, ko si nasprotno nabiti atomi delijo elektronske pare.
Fosfolipidi so najpogostejši med membranskimi lipidi. Nastanejo, ko se fosfatna skupina, ki vsebuje fosfor, veže na diglicerid in drugo preprosto organsko molekulo. Diglicerid je sestavljen iz dveh molekul glicerida. V fosfolipidu je glava, ki vsebuje fosfatno skupino, polarna, zato jo privlači voda. Dolge ogljikovodične verige maščobnih kislin so hidrofobne in ostanejo v sredini dvosloja membrane.
Glikolipidi nastanejo, ko se ogljikova hidratna veriga veže na fosfolipid. Ogljikova hidratna veriga se nahaja na zunanji plasti dvosloja membrane. Na ta način veriga ogljikovih hidratov deluje kot marker, ki omogoča celično prepoznavanje. Poleg tega glikolipidi zagotavljajo energijo, ki je shranjena v verigi ogljikovih hidratov. Končno, glikolipidi pomagajo stabilizirati membrano in zagotavljajo prostor za pritrditev na druge celice ali tkiva.
Ko je holesterol prisoten v membrani, se slabo veže s fosfolipidi na obeh straneh membrane. Z vezavo na sosednje fosfolipide jih holesterol stabilizira in posledično stabilizira celotno membrano. Z večjo količino holesterola postane membrana manj tekoča oziroma se lahko prosto giblje in bolj mehansko močnejša. Količina holesterola v membranah se razlikuje glede na vrsto celice. Rastline ne vsebujejo holesterola, zato se za stabilnost celic zanašajte na celično steno.
Končno se sfingolipidi nahajajo večinoma v zunanji plasti dvosloja. Obstaja zelo neenakomerna porazdelitev te vrste lipidov po dvosloju. Sfingolipidi tvorijo lipidne splave, ki so pomembni pri celični signalizaciji in prepoznavanju. Holesterol se včasih nahaja poleg ali blizu sfingolipidov, da stabilizira celično membrano okoli njih.