Bài chính: Lịch sử của lý thuyết màng tế bào

Cấu trúc màng tế bào được giới thiệu theo nhiều cách khác nhau bởi nhiều tác giả khác nhau như the ectoplast (de Vries, 1885), Plasmahaut (plasma skin, Pfeffer, 1877, 1891), Hautschicht (skin layer, Pfeffer, 1886; được dùng với ý nghĩa khác bởi Hofmeister, 1867), plasmatic membrane (Pfeffer, 1900), plasma membrane, cytoplasmic membrane, cell envelope and cell membrane.

Một số tác giả đã không cho rằng tại bề mặt của tế bào có một ranh giới chức năng có tính thấm thích hợp để sử dụng thuật ngữ plasmalemma (được đặt ra bởi Mast, 1924) cho các vùng ngoại bào.

Năm 1972, hai nhà khoa học là Singer và Nicolson đã đưa ra mô hình cấu trúc màng sinh chất gọi là mô hình khảm - động. Theo mô hình này, màng sinh chất có lớp kép phospholipid. Liên kết phân tử protein và lipid còn có thêm nhiều phân tử carbohydrate. Ngoài ra, màng sinh chất ở tế bào động vật còn có thêm nhiều phân tử cholesterol có tác dụng tăng cường sự ổn định. Màng sinh chất là ranh giới bên ngoài và là bộ phận chọn lọc các chất từ môi trường đi vào tế bào và ngược lại. Màng sinh chất đảm nhận nhiều chức năng quan trọng của tế bào như: vận chuyển các chất, tiếp nhận và truyền thông tin từ bên ngoài vào trong tế bào, là nơi định vị của nhiều loại enzyme, các protein màng làm nhiệm vụ ghép nối các tế bào trong một mô... Màng sinh chất có các "dấu chuẩn" là glycoprotein đặc trưng cho từng loại tế bào. Nhờ vậy, các tế bào của cùng một cơ thể nhận biết ra nhau và nhận biết được các tế bào lạ của cơ thể.