电子显微镜下可看到质膜外侧有薄薄的染色较深的物质，这就是细胞表层。细胞表层一般较为平坦，亦有凹凸不平处。肠上皮细胞刷状缘中的细胞表层呈绒毛状。细胞胞饮时表层出现凹陷。巨噬细胞改变形状时，常常伸出伪足。
细胞表层中有细胞膜受体，位于脂双层外侧，它们能特异地与配体结合。一些受体与来自血流中的相应多肽激素结合后，能通过质膜中的其他分子改变细胞质中某些分子的浓度（如环腺苷酸）从而引起生物效应。另一些受体与相应的神经递质结合，能使膜通道开启，改变膜电位或促进细胞分泌。这样引起的生物效应是受体而不是配体引起的，因为配体并不进入细胞，而且能与受体结合的其他物质，如抗体，亦能引起同样的生物效应。有一些配体，例如运输蛋白中的低密度脂蛋白、生长调节因子中的上皮生长因子、毒素中的白喉毒素，在与相应的受体结合后，能一起进入细胞，然后，配体与原先的受体分开，再在细胞内起反应。吞噬细胞能与细菌结合，并将细菌吞进细胞。细胞与病毒结合后，即被感染。细胞有趋化性。白细胞向伤口处迁移，细菌向营养物运动，都是因为它们表面有相应的受体。细胞间识别亦是通过细胞表层分子的相互作用来实现的。淋巴细胞能识别来自另一个体的细胞并将它消灭掉，是因为它们的组织相容性抗原不同。相邻细胞间的粘着是通过细胞粘着分子的相互联接来实现的。
