On dit que la membrane cellulaire est sélectivement perméable car elle laisse passer certaines substances tout en restreignant le passage d'autres. La structure même de la membrane cellulaire permet le libre passage ou restreint le mouvement des substances à travers le membrane. La membrane cellulaire contrôle le mouvement des substances de trois manières : la diffusion simple, la diffusion facilitée et le transport actif.
La membrane cellulaire, ou membrane plasmique, est constituée d'une bicouche lipidique dans laquelle les phospholipides s'alignent en une double couche avec leurs queues hydrophobes se faisant face et leurs têtes hydrophiles tournées vers l'extérieur et l'intérieur de la cellule. Diverses protéines qui jouent un rôle dans le contrôle du passage des substances sont intégrées dans cette bicouche.
Avec la diffusion simple, certaines substances telles que l'eau, l'oxygène et le dioxyde de carbone passent d'une zone de forte concentration à une zone de faible concentration. Ce type de mouvement ne nécessite pas d'énergie car les substances descendent leurs gradients de concentration. Dans la diffusion facilitée, les ions et les molécules plus grosses traversent un canal le long de leurs gradients de concentration. La diffusion facilitée ne nécessite pas non plus d'énergie.
Le transport actif nécessite de l'énergie pour alimenter les pompes qui déplacent les substances d'un côté de la membrane à l'autre contre leurs gradients de concentration. Pour illustrer, la pompe sodium-potassium déplace trois ions sodium hors de la cellule et deux ions potassium dans la cellule en utilisant la molécule d'énergie ATP.
