1855年，耐格⾥(K．W．Mageli)发现⾊素透⼊已损伤和未损伤的植物细胞的情况并不相同。他便通过细胞的渗透特性去研究它的“边界”(他⾸次把细胞“边界”称为“质膜”)。耐格⾥和克拉默(Cramer)⼀起进⾏实验，通过实验发现细胞具有敏感的渗透特性，它的体积可以随着周围介质的不同渗透强度⽽改变。当细胞外⾯的溶质渗透强度⼤时，细胞就变⼩；溶质渗透强度⼩时，细胞就变⼤。耐格⾥提出，细胞与环境之间正是通过这种“边界”发⽣关系的。耐格⾥在试验中还发现这样的情况：把丽藻属(Nitella)长导管细胞的⼀端放⼊⽔溶液内，另⼀端放进糖溶液，细胞内含物发⽣了传动障碍。在⽔中⼀端的细胞汁液流向糖溶液中的⼀端，并带着所有可移动的粒⼦。可是，原先已知的事实表明，蒸腾作⽤和渗透压加在⼀起也不⾜以将液体压到植物的上部，这两种⼒⽆法解释植物汁液流动的⽅向。因⽽耐格⾥认为，不得不假设有⼀股其他的⼒量，它们在纵壁，更可能在横壁上。这种⼒量加⼤了细胞溶液从下往上的流向。1897年，Crijins和赫定（Hedin）⽤红细胞做实验，同样也证明分⼦的通透性与其在脂质中的溶解度有关，且溶解度越⼤越容易通过．此外，德国植物⽣理学家普费弗(W．Pfeffer)对植物细胞的渗透⾏为进⾏了⼤量的试验，并于1897年提出了两个重要的结论：第⼀，细胞是被质膜包被着的；第⼆，这层质膜是⽔和溶质通过的普遍障碍。同时，很快⼜发现，细胞膜这个屏障具有明显的选择性，⼀些物质可通过它，⽽另⼀些物质⼏乎完全不能通过。1899年，英国细胞⽣理学家奥弗顿(C．Overton)发表⼀系列关于化合物进⼊细胞的观察结果，他发现分⼦的极性越⼤，进⼊细胞的速度越⼩，当增加⾮极性基团(如烷基链)时，化合物进⼊的速度便增加。奥弗顿的结论是，控制物质进⼊细胞的速度的细胞膜是脂肪性物质，其中含有固醇和其他脂类。因此，当时确⽴了有⼀层脂质的膜围绕着细胞的认识。1917年，朗姆⽡（Langmuir）将磷脂溶于苯和⽔中，当苯挥发完以后，磷脂分⼦分布散乱，经过推挤，磷脂分⼦排列成了单层，⽽且每个分⼦的⼀端浸⼊⽔中，另⼀端浮于⽔⾯。成功将⼀层磷脂分⼦铺在了⽔⾯上！ 1925年，⼽特(E．Gorter)和格伦德尔(F．Grendel)⽤丙酮（⼀种有机溶剂，可以溶解脂质）提取了⼈类红细胞质膜的脂类成分，将其铺展在⽔⾯，测出膜脂展开的⾯积⼆倍于细胞表⾯积，因⽽推测细胞膜由双层脂分⼦组成。成⽴前提：a．红细胞的全部脂质都在膜上；b．丙酮法抽提完全；c．RBC平均表⾯积估算正确。（70%～80%偏低）；40年后Bar重复这⼀试验发现红细胞膜平铺⾯积应不是70%～80%，⽽是1．5倍还有蛋⽩质表⾯，同时⼲膜⾯积是99µm2，湿膜⾯积则为145µm2。两项误差相抵，结果基本正确。根据细胞的⽣理⽣化特征，曾先后推测质膜是⼀种脂肪栅、脂类双分⼦层和由蛋⽩质-磷脂-蛋⽩质构成的三夹板结构。20世纪初，科学家将细胞膜从哺乳动物的红细胞中分离出来，发现细胞膜不但会被溶解脂质的物质溶解，也会被蛋⽩酶分解。1935年英国丹尼利（J．Danielli）和戴维森（H．Davson）发现质膜的表⾯张⼒⽐油－⽔界⾯的张⼒低得多，推测膜中含有蛋⽩质，从⽽提出了”蛋⽩质-脂类-蛋⽩质”的三明治模型。认为质膜由双层脂类分⼦及其内外表⾯附着的蛋⽩质构成的。1959年在上述基础上提出了修正模型，认为膜上还具有贯穿脂双层的蛋⽩质通道，供亲⽔物质通过。1959年罗伯特森（J．D．Robertson）⽤锇酸处理了细胞膜（蛋⽩质经锇酸作⽤后形成⾼电⼦密度的锇⿊，在电镜下呈⿊⾊），⽤超薄切⽚技术获得了清晰的红细胞细胞膜照⽚，显⽰暗-明-暗三层结构，厚约7．5nm。这就是所谓的“单位膜”模型。它由厚约3．5nm的双层脂分⼦和内外表⾯各厚约2nm的蛋⽩质构成。单位膜模型的不⾜之处在于把膜的动态结构描写成静⽌的不变的。20世纪五六⼗年代冰冻电镜技术应⽤于细胞膜的研究，它使⼈们能在三维空间更好地了解细胞膜的结构，从⽽认识到罗伯特森“单位膜”模型中脂质双层中含有蛋⽩质颗粒。冰冻蚀刻（freeze-etching）亦称冰冻断裂（freeze-fracture）。标本置于-100?C的⼲冰或-196?C的液氮中，进⾏冰冻。然后⽤冷⼑骤然将标本断开，升温后，冰在真空条件下迅即升华，暴露出断⾯结构，称为蚀刻（etching）。蚀刻后，向断⾯以45度⾓喷涂⼀层蒸汽铂，再以90度⾓喷涂⼀层碳，加强反差和强度。然后⽤次氯酸钠溶液消化样品，把碳和铂的膜剥下来，此膜即为复膜（replica）。复膜显⽰出了标本蚀刻⾯的形态，在电镜下得到的影像即代表标本中细胞断裂⾯处的结构。1970年弗雷（L．D．Frye）和埃迪登（H．Edidin）他们⽤发绿⾊荧光的染料标记⼩⿏细胞表⾯的蛋⽩质分⼦，⽤红⾊荧光的染料标记⼈细胞表⾯的蛋⽩质分⼦，⽤灭⽕的仙台病毒促使两种细胞融合。刚刚融合的细胞⼀个半球带有红⾊荧光，另⼀个半球带有绿⾊荧光。如果把该细胞放在37 ℃条件下培养40 min，加上不同的滤光⽚观察显⽰红、绿荧光在细胞表⾯混合均匀，把该细胞放在l ℃条件下培养40 min，加上不同的滤光⽚观察显⽰，细胞保持开始状态，即红、绿荧光没有混合。本实验证明了构成细胞膜的磷质和蛋⽩质分⼦⼤多数不是静⽌的，⽽是可以运动的，即细胞膜具有⼀定的流动性。1972美国加州⼤学的⾟格（S．J．Singer）和尼克森（G．L．Nicolson）根据免疫荧光技术、冰冻蚀刻技术的研究结果，在“单位膜”模型的基础上提出“流动镶嵌模型”。该模型认为：细胞膜由流动的双脂层和嵌在其中的蛋⽩质组成。磷脂分⼦以疏⽔性尾部相对，极性头部朝向⽔相组成⽣物膜⾻架；蛋⽩质或嵌在双脂层表⾯，或嵌在其内部，或横跨整个双脂层，表现出分布的不对称性。该模型的不⾜之处：忽视了蛋⽩质分⼦对脂类分⼦流动性的限制作⽤；忽视了膜各部分流动性的不均匀性等, 从⽽使⼈们⼜提出了⼀些新的模型。1975年，⽡拉赫（Wallach）提出“晶格模型”。“晶格模型”是对流动镶嵌模型的补充，强调流动的整体性。⽤膜脂可逆地进⾏⽆序（液态）和有序（晶态）的相变来解释⽣物膜的流动性。膜镶嵌蛋⽩对脂类分⼦的运动具控制作⽤。镶嵌蛋⽩和它周围的脂类分⼦形成晶格状态，这些不移动的脂类分⼦称界⾯脂质，⽽流动的脂质呈⼩⽚、点状分布。所以脂质的流动是局部的，并⾮整个脂双层都在流动。1977年，贾因（Jain）和怀特（White）提出⽣物膜是由具有不同流动性的板块镶嵌⽽成的动态结构。该模型强调整个⽣物膜是由不同组织结构、不同⼤⼩、不同性质、不同流动性的可移动的膜块所组成，这些彼此独⽴移动的脂质区(有序的“板块”)之间被流动的脂质“板块”(⽆序的)所分割, 两种“板块”之间可能存在⼀种连续的动态平衡，因⽽细胞膜实际上是同时存在有不同流动性的板块镶嵌⽽成的动态结构；这种结构使细胞膜的各部分的流动性处于不均⼀状态, 并可随⽣理状态和环境条件的变化⽽发⽣晶态和⾮晶态的相变化。这种板块镶嵌模型有利于说明膜功能的多样性及调节机制的复杂性。1997年，西蒙斯（K．Simons）和伊琳娜．易科宁（Elina Ikonen）等⼈提出提出了“功能筏(Functional rafts)”的概念，现在⼀般称为“脂筏(lipid raft)。“脂筏模型”可以说是细胞膜功能最新的功能解释模型。脂筏是在⽣物膜上富含胆固醇和⽢油脂的微结构域(microdomain)，该结构域约70nm左右，是⼀种动态结构，位于以⽢油磷脂为主体的⽣物膜中；由于⽢油脂具有较长的饱和脂肪酸链，分⼦间的作⽤⼒较强，所以这些区域结构致密，介于⽆序液体与液晶之间，称为有序液体。脂筏载着执⾏某些特定⽣物学功能的各种膜蛋⽩他们就像⼀个蛋⽩质停泊的平台，与膜的信号转导、蛋⽩质分选、跨膜物质运输等均有密切的关系。脂筏最初可能在内质⽹上形成，转运到细胞膜上后，有些脂筏可在不同程度上与膜下细胞⾻架蛋⽩交联．推测⼀个100nm⼤⼩的脂筏可能载有600个蛋⽩分⼦。
从细胞膜的探索历程中我们明确的认识到：科学家研究细胞膜结构的历程是从物质跨膜运输的现象开始的。分析成分是了解结构的基础，现象和功能⼜提供了探究结构的线索。进⽽⼈们在实验观察的基础上提出假说，⼜通过进⼀步的实验来修正假说。最终达到认知事物的本质，了解表象下⾯隐藏的真理。