由于细胞膜的结构，只有小的疏水分子才容易在膜上扩散(图1)。

图1:质膜的相对渗透性

所有其他需要进入或离开细胞的分子，如营养物质或废物，都需要特殊的蛋白质才能穿过细胞膜。这种传输可以是被动的(易化扩散-不需要能量)或主动的(需要能量)。当膜两边的浓度和/或电荷不同时，分子将通过一个通道或载体蛋白，直到两边的浓度和/或电荷平衡。浓度和电荷的梯度称为电化学梯度。分子沿电化学梯度从高浓度到低浓度的迁移，因此被称为被动迁移或易化扩散。然而，在电化学梯度下运输分子的转运体需要能量。这就是所谓的主动转运。一次主动运输直接使用能量(来自ATP或光)，而二次主动运输利用电化学梯度驱动运输。二次主动输运不直接需要能量，而是依赖于一次主动输运所建立的电化学梯度。

除了转运体介导的跨膜运输，膜的部分可以形成一个被称为囊泡的封闭结构。这允许细胞将分子分泌到细胞外环境(胞外作用)或从细胞外环境中吸取分子(胞内作用)。