تحتوي الأغشية على بروتينات من المفيد تصنيفها إلى نمطين صميمية أو (مندمجة) integral ومحيطية peripheral . تغلب البروتينات الصميمة في الأغشية، وهي تنغمس في الطبقة المضاعفة للشحميات الفسفورية وتتأثر معها لتصبح جزءاً صميميا من الغشاء ومندمجاً فيه بحيث لا يمكن فصلها عنه دون تخريب الغشاء (باستخدام المنظفات مثلاً). تجتاز هذه البروتينات طبقةً واحدةً من الشحميات الفوسفورية أو الطبقتين بكاملهما الشكل (1)، وقد يجتاز بعضها الطبقة المضاعفة مرات عديدة كما هو حال بعض البروتينات الناقلة ومستقبلات الهرمونات. وتكون هذه البروتينات كروية globular عادة، ومتقابلة الزمر أيضاً إذ إنّها تستمد الطابع القطبي من السلاسل الجانبية لحموضها الأمينية الحمضية والأساسية والهيدروكسيليلية، أما الطابع غير القطبي فتوفره السلاسل الجانبية لمعظم الحموض الأمينية المعتدلة . وتترتب هذه البروتينات بحيث يجتاز الجزء الكاره للماء لب الطبقة الشحمية المضاعفة الكاره للماء أيضاً، أما الأجزاء القطبية (المحبة للماء) من البروتين فتتجه نحو السطحين الداخلي والخارجي للغشاء.

                                                      شكل (1) النموذج السائلي الفسيفسائي لبنية الغشاء

أما البروتينات المحيطية فلا تتأثر بشكل مباشر مع الشحميات الفسفورية في الطبقة المضاعفة، وإنما تكون مرتبطة بشكل ضعيف بالمناطق المحبة للماء من البروتينات الصميمية، ولذلك يمكن فصلها بسهولة عن الغشاء دون تخريبه (باستخدام محاليل ملحية ذات قوة أيونية عالية كمحلول كلور الصوديوم 1 مول / ل مثلاً). ومن الأمثلة على هذا البروتين نذكر الأنكيرين ankyrin والسبكترين spectrin الموجودين في غشاء الكرية الحمراء، وهما يسهمان في المحافظة على الشكل مقعر الوجهين للكرية الحمراء. كما تعدّ جزيئات الغلوبين المناعي الموجودة على الأغشية البلازمية للمفاويات بروتينات غشائية محيطية. وكذلك يمكن اعتبار الهرمونات عديدة الببتيد المرتبطة بمستقبلاتها الخاصة في الغشاء (بروتينات صميمية) على أنها بروتينات محيطية.

تسهم البروتينات الغشائية (وخاصة الصميمية) في عدم تناظر الغشاء من خلال توزعها غير المتناظر وارتباطاتها. فالسلاسل السكرية مثلاً لا ترتبط إلا ببروتينات السطح الخارجي من الغشاء البلازمي، كما تتوضع إنزيمات نوعية حصراً على السطح الخارجي أو الداخلي من الأغشية كما هو الحال في الأغشية المتقدرية والبلازمية. وكما هو حال الشحميات، يمكن لبروتينات الغشاء أن تتحرك جانبياً ولا يمكنها التنقل بين الوريقتين.

تعمل الشحميات الفسفورية الغشائية كمذيب للبروتينات الغشائية، وهذا يخلق وسطاً تستطيع البروتينات أن تقوم بوظائفها فيه. وتُعدّ الأغشية مع مكوناتها بنى ديناميكية تخضع باستمرار للتدرك وإعادة البناء (التقلب turnover)، فالشحميات والبروتينات في الأغشية تتقلب تماماً مثلما تفعل في الأحياز الأخرى من الخلية، إنما بمعدلات تختلف باختلاف نوع الشحميات والبروتينات. ويمكن أن يتقلب الغشاء بحد ذاته بمعدل يكون أكبر من معدلات تقلب بعض مكوناته.

يتراوح عدد البروتينات المختلفة في الغشاء ما بين 6-8 في الشبكة الهيولية العضلية مثلاً وأكثر من 100 في الغشاء البلازمي وهي تقوم بوظائف متنوعة فقد تكون إنزيمات أو بروتينات ناقلة أو مضخات أو بوابات أو بروتينات بنيوية أو مستضدات (كمستضدات التوافق النسيجي histocompatibility) أو مستقبلات الجزيئات كيميائية متنوعة (هرمونات أو نواقل عصبية).

ولأن المكونات البروتينية مختلفة من غشاء لآخر، لا يمكن اقتراح بنية نموذجية خاصة وإن كان هناك ما يصم بعض هذه الأغشية ويميزها عن غيرها. ومن الأمثلة التي يمكن ذكرها في هذا السياق الوجود الحصري لإنزيمات 5'- نوكليوتيداز nucleotidase-5' ومحلقة الأدينيليل adenylyl cyclase وأتباز الصوديوم والبوتاسيوم Na-K ATPase في الغشاء البلازمي، والغلوكوز -6- فوسفاتاز في غشاء الشبكة الهيولية الباطنة، ومخلقة ثلاثي فوسفات الأدينوزين ATP synthase في الغشاء المتقدري، وبعض ناقلات الغليكوزيل النوعية في جهاز غولجي.