電子顯微鏡下可看到質膜外側有薄薄的染色較深的物質，這就是細胞表層。細胞表層一般較為平坦，亦有凹凸不平處。腸上皮細胞刷狀緣中的細胞表層呈絨毛狀。細胞胞飲時表層出現凹陷。巨噬細胞改變形狀時，常常伸出偽足。
細胞表層中有細胞膜受體，位于脂雙層外側，它們能特異地與配體結合。一些受體與來自血流中的相應多肽激素結合后，能通過質膜中的其他分子改變細胞質中某些分子的濃度（如環腺苷酸）從而引起生物效應。另一些受體與相應的神經遞質結合，能使膜通道開啟，改變膜電位或促進細胞分泌。這樣引起的生物效應是受體而不是配體引起的，因為配體并不進入細胞，而且能與受體結合的其他物質，如抗體，亦能引起同樣的生物效應。有一些配體，例如運輸蛋白中的低密度脂蛋白、生長調節因子中的上皮生長因子、毒素中的白喉毒素，在與相應的受體結合后，能一起進入細胞，然后，配體與原先的受體分開，再在細胞內起反應。吞噬細胞能與細菌結合，并將細菌吞進細胞。細胞與病毒結合后，即被感染。細胞有趨化性。白細胞向傷口處遷移，細菌向營養物運動，都是因為它們表面有相應的受體。細胞間識別亦是通過細胞表層分子的相互作用來實現的。淋巴細胞能識別來自另一個體的細胞并將它消滅掉，是因為它們的組織相容性抗原不同。相鄰細胞間的粘著是通過細胞粘著分子的相互聯接來實現的。
