Le matériau dont est constituée la paroi cellulaire dépend du type d'organisme dont la cellule fait partie. Les plantes, les champignons, les bactéries et les archées ont tous des parois cellulaires.
Le plus souvent, les parois cellulaires sont associées aux plantes. Les parois cellulaires végétales ont jusqu'à trois couches : la lamelle moyenne, la paroi cellulaire primaire et la paroi cellulaire secondaire, chacune différant quelque peu des autres par sa composition. La couche la plus externe est la lamelle médiane, qui est riche en pectines et colle ensemble les cellules végétales adjacentes. En dessous se trouve la paroi cellulaire primaire mince, flexible et extensible, composée de cellulose, d'hémicellulose et de pectine. La couche la plus interne est la paroi cellulaire secondaire épaisse, qui est composée de cellulose, de xylane et de lignane.
Chez les champignons, la paroi cellulaire est la couche la plus externe. Trois substances se combinent pour former les parois cellulaires fongiques : la chitine, les glucanes et les protéines.
Les parois cellulaires des bactéries sont constituées de peptidoglycane. Également appelé muréine, le peptidoglycane est composé de chaînes polysaccharidiques réticulées par des peptides inhabituels contenant des acides aminés D.
À l'exception d'un groupe de méthanogènes, les archées ont quatre types de parois cellulaires et elles n'ont pas de peptidoglycane. Le premier type de paroi cellulaire est composé de pseudopeptidoglycane, le deuxième type est composé de polysaccharides, le troisième type est composé de glycoprotéines et le quatrième type est composé de protéines.
