O modelo atual da estrutura da membrana plasmática é denominado modelo mosaico fluido e foi proposto pela primeira vez por Singer e Nicolson, em 1972. Embora esse modelo venha evoluindo ao longo do tempo, ele ainda fornece uma boa descrição básica da estrutura e do comportamento das membranas em muitas células. De acordo com o modelo de mosaico fluido, a membrana plasmática é:
Constituída por uma bicamada de proteínas, com moléculas de lipídeos inseridas tanto na face extracelular, quanto na face citoplasmática.
Um mosaico de moléculas, dentre as quais os carboidratos apresentam-se em ambas as superfícies externa e interna da membrana plasmática, formando as glicoproteínas e os glicolipídios.
Um mosaico de componentes, principalmente de fosfolipídios, colesterol e proteínas, que se movem de forma livre e fluida ao longo de toda a membrana.
Uma bicamada de fosfolipídios, com proteínas integrais inseridas através da membrana em que os oligossacarídeos estão fixados à superfície somente à estas proteínas, e o colesterol age somente na diminuição da fluidez da membrana, de forma que independe da sua composição em ácidos graxos.