細胞内膜系
小胞は物質の貯蔵や輸送を行う、膜で閉じた比較的小さな袋状構造である。細胞膜は細胞への出入りを調節する防護壁である。
また、菌類には先端小体(英語版)(Spitzenkörper、スピッツェンケルパー)と呼ばれる細胞小器官が存在し、菌糸の先端の成長と関連している。
原核生物では、内膜系は稀であるが、多くの光合成細菌では細胞膜は高度に折り畳まれており、細胞質の大部分が光捕集を行う膜の層で満たされている。さらに緑色硫黄細菌では、この膜が閉じたクロロソーム(英語版)とよばれる構造が形成されることもある。
細胞内膜系の細胞小器官は、直接的な接触、または膜の一部を小胞として輸送することによって互いに関係している。この関連性の一方で、様々な膜の構造や機能は同一ではない。膜の厚さ、構成分子の組成、代謝挙動は固定されたものではなく、膜の一生を通じて変化する。これらの膜に共通する統一的な特徴の1つは、それらが脂質の二重層であり、タンパク質がどちらかの側に接着したり、二重層を貫通したりしている、ということである。
液胞は、細胞内に存在する膜結合性の袋構造で、小胞よりも大きく、その機能は多岐にわたる。液胞の働きは、植物と動物では異なる。
植物細胞では、液胞は細胞の総体積の30%から90%を占める。成熟した植物細胞のほとんどには、1つの巨大な中央液胞 (central vacuole) が存在し、液胞膜 (tonoplast) と呼ばれる膜に包まれている。植物細胞の液胞は、細胞の栄養素や廃棄物を貯蔵する区画として機能する。これらの分子が貯蔵されている液体は細胞液 (cell sap) と呼ばれる。細胞を彩る色素が細胞液に存在していることもある。液胞は細胞のサイズを増大させることもでき、水が加えられると伸長する。液胞は膨圧 (細胞壁が陥没しないようにしている浸透圧) を調節する。動物細胞におけるリソソームのように、液胞のpHは酸性で加水分解酵素を含んでいる。液胞のpHは、細胞の恒常性の維持に寄与している。例えば、細胞環境のpHが低下すると、細胞質へ流入する水素イオン (H) は液胞へ移され、細胞質のpHは一定に保たれる。
動物細胞では、液胞はエキソサイトーシスやエンドサイトーシスの過程に関与する。エンドサイトーシスは物質が細胞内へ取り込まれる過程であり、エキソサイトーシスは物質が細胞から細胞外空間へ除去される過程である。エンドサイトーシスにおいて、取り込まれる物質はまず細胞膜に囲まれ、その後液胞へ移される。エンドサイトーシスには、食作用 (ファゴサイトーシス) と 飲作用 (ピノサイトーシス) という2つのタイプがある。食作用では、細胞は細菌のような巨大な粒子を飲み込む。飲作用も同様の過程で、液状の物質などが取り込まれる。