肝细胞实际上是一个完整的膜系统，包括细胞与外环境（包括相邻细胞）之间或细胞内二个不同部分之间的界膜。构成细胞外界面的膜称为细胞膜或质膜。包围各种细胞器的（如线粒体、内质网、溶酶体、高尔基体）以及细胞核的膜，则称为细胞内膜。

透射电镜下，膜的形态结构可用含重金属的固定剂（如四氧化锇）进行固定，用含重金属的染色剂如铅、铀盐染色剂染色加以显色。在低放大倍率观察时，细胞膜则呈现典型的三层结构，即二个致密外层（各层厚约2.5nm）隔以一电子密度较低的中间层（厚约2.5nm）。这就构成了所谓的“单位膜”。

对细胞膜分子结构的研究，曾有多种学说，其中Singer和Nicolson提出的膜的液态镶嵌学说较为完整。他们认为细胞膜的结构不是固态的，而是在液态的类脂双分子层中，镶嵌着可以横向移动的球形蛋白质。

细胞膜类脂分子兼具亲水性和疏水性两种基团：亲水基团与水亲和，从而自动构成亲水端朝向膜表面，疏水端朝向膜中央的双分子层薄膜。双层的类脂分子构成膜的骨架，这种类脂双分子层具有很低的通透性，所以是很好的隔膜。

膜蛋白质主要是螺旋结构的，故都是球形蛋白质。膜蛋白分为二种：一种为嵌入蛋白质，又称固有蛋白；另一种则为外周蛋白质。前者埋入或贯穿类脂双分子层，与磷脂以疏水键结合，后者则附着在脂质分子层表面。嵌入蛋白质的含量约占膜的蛋白质总量的70%-80％。

冷冻断裂和冷冻蚀刻技术的应用，则从膜的超微结构水平提出了新的资料。冷冻断裂是使冷冻的标本很快沿膜的自然薄弱面断开，在冷冻的膜中这个断裂面是沿着双层中央的疏水面裂开而形成的，因此，在冷冻断裂下，膜内表面暴露出来，显示出用其它任何方法不能看见的内表面的独特结构。冷冻蚀刻是冰沿着迅速冷冻的标本升华，并显示真正的膜表面。冷冻断裂和冷冻蚀刻技术能从亚分子水平上重建膜的立体结构。

在电镜下，冷冻断裂的细胞膜显示二个互补的断面，即内面（A面）和另一互补的断面（B面）。在断面上，可见在平滑的背景面上，有一些直径为4-16nm，无一定方向排列的小颗粒。这里所见的平滑面相当于连续的脂质区，而颗粒则可能是埋入脂质层内的球形蛋白、糖蛋白。

肝细胞为十二面体细胞，横切面呈六角形，直径约25-30nm。肝细胞在肝组织内形成一个细胞厚度的肝板并与肝窦相邻，故肝细胞膜可因其功能和接触环境的不同而分为三个不同的表面——窦面、胆管面和相邻两肝细胞之间的接触面。