Příčný řez strukturami, které mohou fosfolipidy vytvářet ve vodných roztocích
Biologická membrána nebo biomembrána je uzavírající nebo oddělující amfipatická vrstva, která funguje jako bariéra uvnitř buňky nebo kolem ní. Téměř vždy se jedná o lipidovou dvojvrstvu složenou z dvojité vrstvy molekul lipidů (obvykle fosfolipidů) a proteinů, které mohou tvořit téměř 50 % obsahu membrány.
Tyto membrány obvykle vymezují uzavřené prostory nebo oddíly, v nichž si buňky mohou udržovat chemické nebo biochemické prostředí, které se liší od vnějšího. Například membrána kolem peroxizomů chrání zbytek buňky před peroxidy a plazmatická membrána odděluje buňku od okolního prostředí. Většina organel je vymezena takovými membránami a nazývá se organely vázané na membránu.
Pravděpodobně nejdůležitější vlastností biomembrán je, že se jedná o selektivně propustnou strukturu. To znamená, že velikost, náboj a další chemické vlastnosti atomů a molekul, které se jí snaží projít, rozhodují o tom, zda se jim to podaří. Selektivní propustnost je nezbytná pro účinné oddělení buňky nebo organely od okolí. Biologické membrány mají také určité mechanické nebo elastické vlastnosti.
Pokud je částice příliš velká nebo jinak neschopná sama projít membránou, ale buňka ji přesto potřebuje, může buď projít jedním z proteinových kanálů, nebo být přijata pomocí endocytózy.