Transmembranproteine bilden eine wichtige Klasse von Membranproteinen die die komplette Phospholipid-Doppelschicht einer Zelle durchdringen. Sie machen fast ein Drittel des Gesamtproteingehaltes von Zellen aus und sind für die Funktionalität der Zelle und der Zellorganellen von großer Bedeutung.
Transmembranproteine besitzen lipophile und hydrophile Bereiche. Die lipophilen Abschnitte der Transmembranproteine treten mit den Lipidmolekülen im Inneren der Doppelschicht in Wechselwirkung. Die hydrophilen Abschnitte (= Tunnelproteine) ragen auf beiden Seiten aus der Lipiddoppelschicht heraus. Transmembranproteine sind meist glykosyliert. Ihre Oligosaccharidketten liegen stets auf der extrazellulären Seite der Membran. Andere Proteine, die mit Membranen assoziiert sind, sind nur an eine der beiden Membranaußenseiten gebunden
Transmembranproteine erfüllen ihre Funktion als Zelladhäsionsmoleküle, Rezeptoren, Ionenkanäle oder Strukturproteine. Sie sind spezifisch für jeden Membrantyp einer Zelle. Das Endoplasmatische Retikulum besitzt andere Membranproteine als z. B. die Plasmamembran oder die Mitochondrien. Dies ist Ausdruck der unterschiedlichen Funktionen verschiedener Biomembranen. Mit einem Funktionswechsel der Biomembran ist der Austausch von Membranproteinen verbunden.