Phân loại theo cấu trúc

Có hai loại protein xuyên màng cơ bản:[3] xoắn alpha và gấp nếp beta xếp dạng thùng (beta-barrel). Các protein xoắn alpha có ở màng trong của tế bào vi khuẩn hoặc màng sinh chất của sinh vật nhân chuẩn, đôi khi ở màng ngoài vi khuẩn.[4] Đây là loại protein xuyên màng chính. Ở người, 27% tổng số protein là protein màng xoắn alpha.[5] Cho đến nay, protein gấp nếp beta xếp dạng thùng chỉ tìm thấy ở màng ngoài của vi khuẩn Gram âm, vách của vi khuẩn Gram dương, màng ngoài của ty thể và lục lạp, hoặc có thể được tiết ra dưới dạng chất độc tạo lỗ (pore-forming toxins). Tất cả các protein gấp nếp beta xếp dạng thùng đều có cấu trúc liên kết lên-xuống đơn giản, có thể phản ánh nguồn gốc tiến hóa chung.

Ngoài các vùng protein, có các yếu tố xuyên màng bất thường do peptide tạo thành. Ví dụ điển hình là Gramicidin A, một peptit tạo thành chuỗi xoắn β xuyên màng dạng dimer hóa.[6] Peptide này do vi khuẩn Gram dương tiết ra như một chất kháng khuẩn (Antimicrobial peptides, AMPs). Chuỗi xoắn polyproline-II chưa thấy trong các protein tự nhiên, tồn tại trong các peptide nhân tạo.[7]