磷脂双分子层（英语：lipid bilayer 或phospholipid bilayer）是由两层磷脂分子组成的薄膜。 几乎所有细胞生物的细胞膜和许多病毒的包膜都主要由磷脂双分子层构成，此外，核被膜和许多胞器（如内质网等）也具有磷脂双分子层。 磷脂双分子层在细胞中起屏障作用，使离子、蛋白质或其它物质保留在需要之处，阻止其扩散到其他地方，并阻止有害物质的进入。 尽管厚度只有数纳米，磷脂双分子层能有效发挥屏障作用。大多数水溶性分子都不能透过磷脂双分子层。因此细胞可以通过离子泵在膜两侧转运离子，进而调节离子浓度