Sel hewan memiliki membran selektif permeabel yang mengelilinginya yang memisahkan isi dalam sel dari lingkungan luar. Proses dimana ion dan molekul terlarut kecil, atau zat terlarut, melewati membran sel dikenal sebagai transpor membran. Molekul-molekul ini biasanya merupakan zat penting untuk fungsi dan pemeliharaan sel, seperti glukosa dan asam amino. Ada empat jenis utama transpor membran: difusi pasif, atau difusi sederhana; difusi yang terfasilitasi; transpor aktif primer; dan transpor aktif sekunder. Banyak dari mekanisme transpor ini melibatkan penggunaan molekul protein khusus yang terletak di membran sel yang disebut protein transpor membran.
Difusi pasif terjadi secara spontan, dan didorong oleh aktivitas acak molekul dalam larutan. Molekul bergerak dari area konsentrasi tinggi, di mana ada banyak di antaranya yang terkemas rapat, ke area konsentrasi rendah, di mana ada lebih sedikit molekul yang berjarak lebih jauh. Molekul kecil dapat mencapai transpor membran dengan berdifusi melalui membran sel. Laju difusi dapat dipengaruhi oleh banyak hal, termasuk komposisi membran sel dan ukuran serta muatan molekul. Jenis difusi pasif yang paling terkenal adalah osmosis, suatu proses yang melibatkan pergerakan molekul air dari area dengan konsentrasi tinggi ke area dengan konsentrasi lebih rendah.
Difusi terfasilitasi melibatkan penggunaan protein transpor membran di dalam membran sel yang disebut protein saluran. Protein ini bertindak seperti pori-pori di membran sel, memungkinkan partikel yang larut dalam air untuk melewatinya, tetapi menghalangi lewatnya molekul lipofilik, atau “pencinta lemak”. Difusi mengikuti mekanisme aksi yang sama, dengan molekul bergerak dari daerah konsentrasi tinggi ke daerah konsentrasi rendah.
Transpor aktif primer menggunakan energi untuk memindahkan ion dan molekul dari daerah konsentrasi tinggi ke daerah konsentrasi rendah. Energi yang dibutuhkan untuk transpor aktif primer berlangsung biasanya dalam bentuk nukleotida yang disebut adenosin trifosfat (ATP). Salah satu bentuk transpor aktif yang paling umum terjadi adalah pompa natrium-kalium, yang membantu sel mempertahankan muatan listrik yang dikenal sebagai potensial istirahat, dan juga mengontrol volume sel. Pompa natrium-kalium memindahkan ion natrium ke bagian luar sel dan melepaskan ion kalium ke dalam sitoplasma sel.
Transpor aktif sekunder menggunakan protein transpor membran yang disebut antiporter dan simporter. Antiporter memindahkan ion dan molekul dengan mengangkut satu jenis partikel melawan gradien konsentrasi biasanya, dari konsentrasi rendah ke tinggi, sementara mengangkut jenis partikel lain dengan cara normal, dari konsentrasi tinggi ke rendah. Symporter mengangkut dua jenis molekul atau ion yang berbeda melintasi membran sel pada saat yang sama dan dalam arah yang sama.