在蛋白跨膜運送過程中，也有分子伴侶的參與。核糖體上新合成的多肽在定向跨膜運送到不同細胞器時，要維持非折疊狀態。分子伴侶Hsp70家族在蛋白移位中就能打開前體蛋白的折疊，這時跨膜蛋白疏水基團外露，分子伴侶能夠識別并與之結合，保護疏水面，防止相互作用而凝聚，直至跨膜運送開始。跨膜運送后，分子伴侶又參與重折疊與組裝過程。
