其主成分为蛋白质（约49%，重量比）和脂类（约44%），还含有糖。脂类由磷脂（约73%、重量比）、胆固醇（约22%）和糖脂（约5%）组成。磷脂由卵磷脂、磷脂醯乙醇胺、磷脂醯丝氨酸和鞘磷脂组成。这些磷脂并非在膜内均匀分布，在表层多含有具胆硷基的中性磷脂，内层含有具负电荷的磷酯醯丝氨酸和可变结构的磷脂醯乙醇胺。蛋白的组成如表所示，用低张液处理细胞膜的空壳，则游离出血影蛋白和肌动蛋白，再用高渗液处理则游离出锚蛋白和4.1带。这些称为外周蛋白（peripheral protein）。带3只有用表面活性剂将膜的结构破坏才能溶出。这样的蛋白称为内在蛋白（integral protein）。血型糖蛋白也是内在性的，是含有唾液酸的糖链的MN式血液型物质。带3也含糖链，具有阴离子通道功能。血影蛋白、肌动蛋白和4.1带形成网状结构，锚蛋白与带3及血影蛋白结合在膜上与网状结构相联繫。