是典型的单位膜结构，厚约8-10纳米，外侧紧贴细胞壁，某些革兰氏阴性菌还具有细胞外膜。细胞膜有多方面的重要功能，它与细胞的物质交换，细胞识别、分泌、排泄、免疫等都有密切的关系。通常不形成内膜系统，除核糖体外，没有其它类似真核细胞的细胞器，呼吸和光合作用的电子传递链位于细胞膜上。某些行光合作用的原核生物（蓝细菌和紫细菌），质膜内褶形成结合有色素的内膜，与捕光反应有关。某些革兰氏阳性细菌质膜内褶形成小管状结构，称为中膜体（mesosome）或间体，中膜体扩大了细胞膜的表面积，提高了代谢效率，有拟线粒体（Chondroid）之称，此外还可能与DNA的复制有关。