Las funciones de una proteína de membrana incluyen la cohesión celular, la transmisión de señales entre el interior y el exterior de una célula y el transporte de proteínas a través de la membrana. Interactúa con las membranas biológicas. Cada tipo de proteína de membrana tiene una función diferente.
Cada proteína de membrana se puede clasificar en proteínas integrales de membrana, que interactúan con los fosfolípidos de membrana, o proteínas de membrana periférica, que se adhieren temporalmente a la membrana y ayudan con el transporte de electrones.
Algunas proteínas de membrana ayudan a las células a identificarse entre sí. Esto es especialmente cierto con las células del sistema inmunológico. Las células del sistema inmunológico tienen que reconocerse entre sí para evitar atacarse entre sí.