Hệ thống nội màng (hay hệ thống màng nội bào, hệ thống màng trong, tiếng Anh: endomembrane system) hình thành từ những màng khác nhau lơ lửng trong tế bào chất tế bào nhân thực. Những màng này phân vùng tế bào thành những khoang chức năng và cấu trúc, gọi là bào quan. Ở sinh vật nhân thực, bào quan thuộc hệ thống nội màng bao gồm: màng nhân, lưới nội chất, bộ máy Golgi, lysosome, túi, bóng nhập bào và màng tế bào, v.v. Nếu định nghĩa chính xác hơn, hệ thống nội màng là tập hợp những màng tạo nên một đơn vị chức năng và phát triển duy nhất, hoặc được thông nối trực tiếp, hoặc là trao đổi vật chất thông qua túi vận chuyển.[1] Cần lưu ý rằng, hệ thống nội màng không bao gồm những màng của lục lạp hay ty thể, nhưng có thể hệ thống này có nguồn gốc tiến hóa từ những hoạt động của bào quan ty thể. (xem đề mục: Tiến hóa)Màng nhân chứa một lớp kép lipid, bọc lấy khối vật chất bên trong của nhân.[2] Lưới nội chất (endoplasmic reticulum, ER) là bào quan tổng hợp và vận chuyển các chất thông qua mạng lưới các kênh, túi và bể chứa phân bố trong tế bào chất, lưới nội chất được tìm thấy ở tế bào thực vật và động vật.[3] Bộ máy Golgi là phức hệ gồm nhiều túi dẹp xếp chồng lên nhau, thực hiện chức năng đóng gói các vật liệu phân tử, để phân phối đến những bộ phận khác của tế bào, hoặc để bài tiết ra ngoài.[4] Không bào là bào quan tham gia duy trì hình dạng và cấu trúc tế bào, đồng thời là kho lưu trữ những sản phẩm thải, chúng được tìm thấy ở cả tế bào thực vật lẫn động vật, trong đó không bào thực vật lớn hơn nhiều so với không bào động vật.[5] Túi là một cấu trúc nhỏ có màng bao, đảm nhận vai trò dự trữ và vận chuyển các chất.[6] Màng tế bào là hàng rào bảo vệ tế bào, điều hòa hoạt động xuất nhập vật chất ra vào tế bào.[7] Người ta còn tìm thấy một bào quan chỉ có ở nấm, mang tên Spitzenkörper, liên quan đến sự sinh trưởng của đỉnh sợi nấm.[8]Thực tế hiếm thấy những màng nội bào trong sinh vật nhân sơ, dù trong nhiều loại vi khuẩn quang hợp, màng sinh chất của chúng bị gấp nếp mạnh và hầu hết tế bào chất được phủ đầy bằng nhiều phiến màng hấp thu ánh sáng.[9] Những màng thu sáng này có khả năng cấu thành nên chlorosome, một cấu trúc khép kín có ở vi khuẩn lưu huỳnh màu lục.[10]Những bào quan thuộc hệ thống nội màng có quan hệ với nhau thông qua tiếp xúc trực tiếp, hoặc qua giao thương các đoạn màng như túi. Tuy có mối quan hệ tương hỗ, nhưng những màng khác nhau thuộc hệ thống lại không đồng nhất về mặt cấu trúc và chức năng. Độ dày, thành phần phân tử và đặc điểm trao đổi chất của mỗi màng là không cố định, những tính chất trên có thể bị biến đổi nhiều lần trong suốt vòng đời của màng. Một đặc tính thống nhất mà mọi màng đều có, đó chính là lớp kép lipid, kèm theo hệ khảm protein bám ở rìa màng hoặc xuyên ngang màng.[11][12]