过双分子层，速度比离子或水快多个数量级。这适用于脂肪和氯仿、乙醚之类的有机溶剂。对于极性和非极性物质，较大的分子的扩散速率都比小分子更慢。
离子泵和离子通道.为了跨膜运输难以渗透的离子，磷脂双分子层上有两种的蛋白质——离子泵和离子通道。这两类蛋白质都是跨过双分子层的整合性膜蛋白，但它们的功能有所区别。离子泵能利用外部能量逆浓度梯度（运输到化学势更高的一侧）运输离子，以构建或维持浓度梯度或电位梯度。能量来源可以是ATP（例如钠钾泵），或是已经存在的另一种浓度梯度，如钠钙交换蛋白（NC