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脂质之间以及脂质与蛋白质之间的作用力主要是非共价键的静电、氢键、Vander Waals相互作用。这些力的单独作用均比共价键弱，但这些力可以相加，产生相当稳定的联合。分子的解离基团和极性部分可与水分子的偶极相互作用而水化。如果分子与水的相互作用强于分子之间的相互作用，这种分子即是可溶的。大分子可能具有极化程度不同的表面功能区，其疏水部分可集合，形成微胞（micelle），最大程度地减少非极性表面对水的暴露。具有相互分隔的极化与非极性表面功能区的分子称为兼性分子，如去垢剂（detergent）和复杂的脂质。
磷脂是大多数细胞膜脂质的主要成分，通常形成脂质双层（lipid bilayer）。每层包括甘油磷酸酯构成的极性头部和通常由两串酯化脂肪酸形成的碳氢化合物的非极性尾部。在水相环境中，头部与水和其他水相成分相互作用；而非极性的尾部主要是自身相互作用，形成单独的相。在水相环境中，大多数脂质因不同条件可以形成三种相结构。尽管在细胞膜中只发现层状结构，但在某些膜转换过程中也可出现水包油或油包水状态的六角相。
含有磷脂的水相系统可表现不同的结构，呈固态晶体或液态晶体状态。纯磷脂可随温度变化，极易发生这两种相的转换。为维持细胞膜的正常功能活动，脂质双层需呈液晶态，磷脂分子可在双层平面内具有高度运动性，既可进行烃链围绕C-C键旋转而致的异构化活动、环绕与膜平面垂直的轴进行左右摆动和旋转运动，也可在膜内做侧向移动或侧向扩散以及在脂质双层中进行翻转运动。脂质分子在膜内侧的分布不是对称的，细胞膜内外侧面的成分因而有所不同：胞质面含有较多的磷脂酰乙醇胺（phosphatidyl ethanolamine），细胞外液面含有糖脂。脂质的这种不对称分布与膜蛋白的定向分布功能活动、膜两层上的电荷分布数量、流动性变动等均有密切关系。