1895年，歐文頓（E.）以前用500多種物理物質對動物細胞的私密性進行過上萬次的實驗，發覺細胞膜對不同物質的私密性不一樣：但凡可以溶于脂類的物質，比不能溶于脂類的物質更容易通過細胞膜步入細胞。于是他提出：膜是由脂類組成的。
20世紀初，科學家第一次將細胞膜從喂奶植物紅細胞中分離下來。物理剖析表明，膜的主要成份是磷脂和蛋白質。1925年，法國科學家戈特(E．)和格倫德爾(F．)用乙醇抽提紅細胞膜結構，估算出紅細胞膜平鋪面積同其表面積之比為（1.8～2.2）∶1，約為兩倍。她們由此提出脂類雙分子層模型。1935年，J.&H.發覺質膜的表面張力比油－水界面的張力低得多，推斷膜中富含蛋白質，進而提出了“蛋白質-醇類-蛋白質”的披薩模型。覺得質膜由單層固醇分子及其內外表面附著的蛋白質構成的。1959年在上述基礎上提出了修正模型，覺得膜上還具有貫串脂單層的蛋白質通道，供親水物質通過。
1959年，羅伯特森（J.D.）用纖薄切塊技術獲得了清晰的細胞膜相片，在電子顯微鏡下看見了細胞膜的暗-明-暗三層結構，厚約7.5nm，它由厚約3.5nm的單層脂分子和內外表面各厚約2nm的蛋白質構成。他提出“單位膜模型”假說：連續的脂類雙分子層組成膜的主體，磷脂的非極性端朝向膜外側，極性端朝向膜外右側，蛋白質以雙層肽鏈的長度，通過靜電作用與磷脂極性端相結合，進而產生蛋白質—磷脂—蛋白質的三層結構，稱之為單位膜。他提出真核細胞與原核細胞具有相同的膜結構。單位膜模型的主要不足在于：把生物膜的結構描述成靜止的、不變的，這似乎與膜功能的多樣性相矛盾。1970年，LarryFrye和等科學家將人和鼠的細胞膜用不同螢光抗原標記后，讓兩種細胞融合，雜種細胞一半腫脹色螢光、另一半發紅色螢光，放置一段時間后發覺兩種螢光抗原均勻分布。這一實驗，以及相關的其他實驗證據表明細胞膜具有流動性。
在新的觀察和實驗證據的基礎上，又有學者提出了一些關于生物膜的分子結構模型。其中細胞膜的流動鑲嵌模型，1972年桑格（S.J.）和尼克森（G.）提出的流動鑲嵌模型為大多數人所接受。1972年，桑格（S.J.）和尼克森（G.）總結了當時有關膜結構模型及各類研究新技術的成就，提出了生物膜的流動鑲嵌模型(fluidmodel)。
流動鑲嵌模型（fluidmodel），特指膜的流動鑲嵌模型。這一模型是針對細胞膜提出的一種膜的結構模型，描述膜為結構和功能上不對稱的脂單層所組成，蛋白質以鑲嵌樣模式分布在膜的表面與內部，并能在膜內運動。此模型也可適用于亞細胞結構的膜。生物膜的流動鑲嵌模型(fluidmodel)覺得：
一、磷脂雙分子層構成了生物膜的基本支架細胞膜的流動鑲嵌模型，這個支架不是靜止的。其中磷脂分子的親水性腦部朝向左側，疏水親脂性的尾部相對朝向外側。
二、球形膜蛋白分子以各類鑲嵌方式與磷脂雙分子層相結合，有的鑲在磷脂雙分子層表面，有的全部或部份嵌入磷脂雙分子層中，有的貫串于整個磷脂雙分子層。這兒彰顯了膜結構內外的不對稱性。另外，大多數膜蛋白分子是功能蛋白。
三、大多數蛋白質分子和磷脂分子都還能以進行縱向擴散的方式運動，彰顯了膜具有一定的流動性。
四、在細胞膜的外表，有一層由細胞膜上的蛋白質與脂類結合產生的糖蛋白，稱作糖被。它在細胞生命活動中具有重要的功能。諸如：消化道和呼吸道上皮細胞表面的糖蛋白有保護和潤滑作用；糖被與細胞表面的辨識有密切的關系，好比是細胞與細胞之間，或則細胞與其他大分子之間，互相聯絡用的文字或語言。除糖蛋白外，細胞膜表面還有脂類和脂類分子結合成的糖脂。這一模型指出了膜結構的流動性和不對稱性，對細胞膜的結構和功能做出了較為科學的解釋，被廣泛接受，也得到許多實驗的支持。
流動鑲嵌模型在個別方面還不夠健全，如忽視了無機離子和水所起的作用，忽略了蛋白質分子對膜脂分子流動性的控制作用，忽略了膜的各個部份流動性的不均勻性等等。