La funzione del doppio strato fosfolipidico è di mantenere una barriera tra la cellula e il suo ambiente esterno e di immagazzinare e trasportare una varietà di proteine essenziali per la funzione della cellula. Controlla ciò che entra ed esce dalla cella.
Il doppio strato fosfolipidico funge da barriera principale tra i componenti interni della cellula e il suo ambiente extracellulare, costituito principalmente dal citoplasma. In questo modo, controlla e mantiene un equilibrio tra le molecole presenti nella cellula, come le proteine e gli ioni. Esistono diverse proteine nel doppio strato che aiutano a controllare ciò che entra ed esce dalla cellula. Questi sono spesso indicati come proteine transmembrana o trasportatore. La cellula altera l'espressione genica di queste proteine per creare più o meno in risposta alla necessità di trasportare oggetti attraverso la membrana.
Mentre l'assorbimento di molecole nella cellula è una delle funzioni principali, il doppio strato serve anche a prevenire l'ingresso di alcune molecole che potrebbero essere dannose per la cellula. Molecole ospitate sulla superficie del doppio strato hanno diverse altre funzioni oltre al trasporto. Ad esempio, possono servire come molecole comunicanti, segnalando messaggi tra la parte interna della cellula e molecole esterne come le proteine.