所有真核細胞都具有相同的基本結構，包括位於細胞外圍的細胞膜、位於內部的細胞質以及懸浮於細胞質中的多種細胞器。細胞器由生物膜包被，各自行使著獨特的功能，其中含有DNA的細胞核是細胞器的一個主要成員。與真核細胞相比，細菌等原核生物具有與之相類似的結構體係，但原核生物的組成結構相對簡單，體積也僅為真核細胞的千分之一左右。細菌的細胞膜與真核細胞的相同，均由脂質雙分子層構成（這一點將在下麵的內容中進行討論）。細菌的分子裝置，如用於蛋白質組裝的核糖體，其功能也與真核生物的大致相同。此外，細菌有著鞭毛等一類特化的細胞結構，用於維持自身的運動特性，並可能具有內膜結構，如參與助浮作用的氣泡等。然而，細菌細胞中的DNA僅以單條環狀分子的形態懸浮於細胞質中，而無相對獨立的細胞核區域，這一點與真核細胞有所不同。
細胞膜
所有細胞都由細胞質膜所包被。細胞質膜作為屏障，可將細胞與周圍其他細胞及外界環境隔開。雖然細胞膜通常是細胞邊界的標誌，但單細胞生物（包括細菌）的細胞膜外常常還存在一些附加結構。此外，植物細胞的最外圍結構也並非細胞膜，而是由纖維素所構成的剛性細胞壁（圖4）。經過一個多世紀的研究，人們已經了解到細胞膜由脂質分子和蛋白質構成，其成分十分複雜，且具有動態變化的特征。細胞質膜的基本結構為脂質雙分子層，雖然其厚度極薄，卻極堅韌而富有彈性，同時具有一定的通透性，允許細胞與周圍環境實現持續的分子交換。細胞的物質交換依賴於水分子在多因素調控下的持續性進出。在這一過程中，可溶性分子如氧氣被帶入細胞，而代謝產物如二氧化碳則被排出至細胞外。一些分子較大的外界物質可以通過細胞膜的內吞作用進入細胞，這一過程被稱為胞吞（phagocytosis），其相反的過程則被稱為胞吐（exocytosis）。在胞吐過程中，即將被排出細胞外的物質可被包膜的小泡所包裹。當小泡到達細胞內表麵時，小泡膜與細胞質膜相融合，細胞便可在不破壞細胞質膜完整性的前提下將內容物釋放至胞外。細胞質膜每小時均會“翻轉”（替換）一次，細胞膜的動態變化特性正體現於此。