Daha önce ışık mikroskobuyla varlığı saptanmasına karşın, elektronprotein, yağ ve az miktarda karbonhidrat moleküllerinden (özellikle memelilerde) meydana gelmiştir. Hücre zarının yapısı hakkında ilk bilimsel model Danielli ve Dawson tarafıdan ortaya konmuş ve birçok biyolog tarafından uzunca bir süre benimsenmiştir. Bu modele göre hücre zarının ortasında bir fosfolipit (60 A° kalınlığında) ve bunun her iki tarafında da birer protein tabakası (30 A° kalınlıklarında) bulunur. Buna "Zar Birimi" denir.

Danielli ve Dawson modelinin, hücrenin işlevsel bir parçası olan hücre zarının işleyişini tam olarak açıklayamaması, bu konuda yeni modellerin geliştirilmesine neden olmuştur, öyleki hücre zarının, iki tarafında protein, ortada fosfolipit tabakasından ibaret bir yapı olmadığı; bir lipit denizinde yüzen, proteinden ve glikoproteinlerden yapılmış, almaç denen özel bölgelerle dışarıya açılan bir "Mozaik Zar Modeli"nden oluştuğu anlaşılmıştır. Mozaik Zar Modeli 1966 yılında Singer ve Lenard tarafından ortaya çıkarıldı, ancak 1972 yılında ayrıntılı olarak yayınlandı. Bu zar modeli ya da birimi tüm hücrelerin dış zarında ve içteki organellerinin zarlı kısımlarında (mitokondri çeperi, golgi, endoplazmik retikulum, çekirdek zan gibi) benzerdir.

Zarın yapısındaki lipitler çoğunluk fosfolipitlerdir ve zarın orta kısmında iki tabakalı olarak bulunur. Bir tabakadaki fosfolipidin suda erimez lipofil (apolar) kutbu (yağ asitlerini taşıyan polarize olmamış kutbu) öbür tabakadaki fosfolipidin lipofil kutbuna dönüktür. Dolayısıyla ışınsal bir şekilde lipofil kutuplar karşıkarşıya gelmiştir. Suda eriyen hidrofil (polar) kutupları ise dışa dönüktür. Bu tabakalar, polipeptitterden meydana gelmiş bloklarla ya da adacıklarla kesilmiştir. Bu haliyle hücre zarı, içinde proteinlerden yapılmış adalar taşıyan bir lipit denizi gibi görünür.

Hayvansal hücrelerin dış yüzü, hücre zarında bulunan nöraminik asidin iyonize olmuş karboksil grubundan dolayı eksi yüklüdür. Nöramin, nöraminidaz enzimi ile zardan koparılırsa, eksi yükün büyük bir kısmı yitirilir.

Zar proteinleri, yerleşim durumlarına göre iki kısma ayrılır. Bir grup protein, yağ tabakasının her iki yüzündedir. Bunlara "Ekstrinsik Proteinler" denir. Bir kısmı da yağ tabakasının içine gömülmüştür; dış kısımları yağ tabakasının iç ya da dış yüzüne açılabilir. Bunlara da "l n t r i n s i k Proteinler" denir. intrinsik proteinlerden rodopsin retinanın çomakçıklarındaki taraklarda bulunur. Karanlıkta 1 /3'ü oranında. aydınlıkta ise 1 /2'si oranında zar içine gömülür. Ekstrinsik proteinler sulu ortamla temas halinde oldukları için hidrofilik amino asitleri, intrinsik proteinler ise bir tarafları ile yağ tabakasına gömülü oldukları için bu kısımlarında hidrofobik amino asitleri, diğer tarafları sulu ortamla temasta olduğu için de o taraflarında hidrofilik amino asitleri taşırlar.

Memeli hücrelerinde, özellikle alyuvarlarda, intrinsik proteinlere bağlı olarak karbonhidratlar bulunmuştur. Karbonhidratlar, hücre zarında glikoproteinler ve glikolipitler halinde bulunurlar ve zar yüzeyinin, türlere hatta hücre gruplanna ilişkin özgüllüğünü sağlarlar. Organellerin zarında karbonhidrat bulunamamıştır. Hücre yüzeyinde ince bir film halinde bulunan glikoproteinler hücreye antijenvirüs almacı olarak da kullanılırlar. Alyuvarlardaki mukopolisakkaritler antijen özelliğinin yanısıra, kan gruplannın oluşumunu da sağlar. Bu karbonhidrat gruplarının bozulması (kanserleşme) ya da bir çeşit aşınması, yani hücre zarının ketleşmesi, yaşlanmaya yol açar. özellikle kanserleşmede hücre yüzeyi daha fazla eksi elektrik yüklü olur.

Çok hücrelilerde hücrelerin birbirine teması bazı bilgilerin aktarılmasına, örneğin hücre bölünmesinin durdurulmasına "Kontak inhibisyon", morfo-genetik hücre hareketlerinin meydana gelmesine, büyümenin düzenlenmesine neden olur. Kontak inhibisyona güzel bir örnek de, plazmodyumun (sıtma etkeni) eritrositleri tanımasıdır. Bu tanımayı glikokalikslerle yapar. Diğer birçok hücre paraziti aynı yöntemi kullanır.

Hücrenin iç ortamını, dış ortamdan ayıran ve her iki ortam arasındaki madde alışverişini düzenleyen hücre zarının yapısı büyük bir olasılıkla sabit değildir. Yağ ve protein molekülleri belirli sınırlar içinde hareket eder. Bu hareket içe ve dışa doğru olmaktan ziyade yanlara doğrudur. Hücre zarının yapısal değişimi, taşıdığı doymuş ve doymamış yağ moleküllerinin miktarına bağlıdır. Zar, genellikle vücut sıcaklığında akıcı olan doymamış yağ moleküllerini içerir. Zar yüzeyinde mozaik şeklinde bulunan protein ve glikoprotein adacıkları, etrafını çeviren bir sıralı yağ molekülleri ile sıkıca bağlanmıştır (bu ikisinin arasında hareket meydana gelmez). Fakat diğer yağ molekülleriyle bağlantısı gevşektir.

Hücre zarının biyolojik etkinliğini değiştiren birçok madde, örneğin karsinojen (kanserleşmeye neden olurlar) maddeler, bazı hastalıkların ortaya çıkmasına neden olmaktadır.

Hücre zarının enine kesitlerinde, boyları 75 A0 kadar olabilen bazı kanalların, dış yüzeyden iç yüzeye kadar uzandığı saptanmıştır. Elektron mikroskobuyla yapılan son çalışmalarda, hücre zarının, Golgi aygıtının bir ürünü olduğu saptanmıştır. Golgi aygıtından kesecikler şeklinde sürekli meydana gelen zar akımı, hücre zarının kısmi onarımında ve hücre bölünmesinden sonra hücre zarının büyümesinde kullanılır. Hücre zarında çekirdek zarında bulunan porlar bulunmaz. Hücreye giren besinleri ve hücreden çıkan artık maddeleri; zarın geçirgenliği, üç tabakalı moleküler dizilişi ve özellikle proteinden oluşmuş almaç (reseptör) kısımları saptamakla beraber, elektriksel yükün de bu giriş-çıkışta büyük bir önemi olduğu varsayılmaktadır. Hücre içi ile dış ortam arasındaki elektrik potansiyel farkı (m V düzeyinde), bazı maddelerin içeriye ve dışarıya pompalanmasını kolaylaştırır.

Bir amip ya da silli hayvan yaralanırsa; bu yara yeni bir zarla hemen kapatılır. Bu yeni zara plazmalemma denir. Plazmalemmayı hücre arasına salgılanan maddelerle ya da bir çeşit hücre iskeletini oluşturan hücre dışındaki daha katı selüloz (bitkilerde) ya da mukopolisakkarit ve albuminoid yapılarla karıştırmamak gerekir.

Hücre, yoğunluğu az olan bir sıvı içerisine (hipotonik) konursa şişer ve sonunda patlar, buna "Hemoliz" (genellikle alyuvarlarda hemin hücre dışına çıkmasında kullanılır); yoğunluğu fazla bir sıvı içerisine konursa, su kaybederek büzülür, hücre zarı bitkilerde selüloz duvardan ayrılır ve sonunda yine patlar buna da "Plazmoliz" denir.