膜蛋白，總蛋白質的一半以上與膜有關。膜蛋白根據其與膜之間關系的強度分為兩種類型。

固有膜蛋白是始終附著在膜上的蛋白，需要表面活性劑或非極性溶劑（如十二烷基硫酸鈉）才能分離。

• 跨膜蛋白完全穿透膜。蛋白質的跨膜位點具有β桶或α螺旋結構。α螺旋存在于所有生物膜中，包括外膜。所述β桶革蘭氏陰性細菌外膜和革蘭氏陽性細菌的細胞壁，線粒體和葉綠體僅在的外膜發現。

• 單跨膜蛋白是僅在一端結合膜的蛋白。

表面膜蛋白是一種通過共價鍵以外的力（如疏水相互作用或靜電相互作用）暫時與脂質雙層膜或整體膜蛋白結合的蛋白。為了分離它們，需要高鹽濃度的極性溶劑。

其他其他內源性膚淺，翻譯后修飾中的脂肪酸，苯基鏈，糖基等添加，它們被錨定到脂質雙層作為錨。

內源性和表面分類不適用于多肽毒素，例如大腸菌素?A和α-?溶血素或某些涉及凋亡的蛋白質。這些蛋白質是水溶性的，但不可逆地與脂質雙層結合形成具有α-螺旋或β-桶狀結構的跨膜通道。在另一種分類方法，我們把所有的膜蛋白的內源性和兩親性。兩親性蛋白質具有兩種特性：它們溶解于水中并與脂質結合，而內源性蛋白質僅吸收膜。兩親性蛋白質還包括水溶性且形成通道的多肽毒素。

與膜相互作用的蛋白質也很多，例如非核糖體肽。它們短桿菌肽形成的跨膜通道作為，離子載體如離子或使其通過膜，或與脂質雙層表面相互作用。這些蛋白質是分泌的蛋白質，其中一些溶解度低，但被分類為兩親性的。

對于可溶性蛋白，可以相對容易地確定三維結構，但是對于膜蛋白，則很難確定。X射線晶體學的xxx問題是膜蛋白的結晶。為了使膜蛋白結晶，需要使用適當的表面活性劑使膜溶解，但是，設定這些條件和在表面活性劑的存在下結晶非常困難，需要耐心。使用常規的蒸汽擴散法通過結晶很難獲得高質量的膜蛋白晶體。脂質立方相法（LCP法），HiLiDe法，Bicelle法等作為使膜蛋白結晶的有效方法受到關注。特別地，脂質立方相法是一種結晶法，已被報道比氣相擴散法更頻繁。脂質立方相已在1996年提出了通過朗道和Rosenbusch。科比爾卡.beta.2腎上腺素能受體對這些凹槽和的G蛋白例如復合物已通過脂質立方相方法結晶結構分析是脂質立方相的巨大成就之一。與通常用于蛋白質結晶的氣相擴散法不同，脂質立方相法是一種在稱為立方相的三維連續脂質層中使膜蛋白重結晶并進行結晶的技術。由于表面活性劑覆蓋的膜蛋白區域被脂質替代，因此很可能被密集地聚集并且傾向于獲得高分辨率的晶體。另外，RIKEN等人的橫山重行（Shigeyuki Yokoyama）使用了基于源自大腸桿菌的CECF方法的無細胞蛋白質合成系統。它是在2009年開發了使用合成的膜蛋白的方法。后來，開發了一種可溶性膜破碎方法（S-MF方法），該方法可以生產高濃度的樣品而無需用表面活性劑溶解。不僅結晶而且膜蛋白的低表達水平也使分析變得困難。

除了X射線晶體結構分析方法之外，還有計算機模擬方法，例如分子動力學方法和親水性分析法，用于預測拓撲，作為獲得結構信息的方法。這些方法無需執行結構分析即可提供結構信息。此外，如果成功地穩定地溶解和純化了膜蛋白，即使不能獲得高質量的晶體，也可以通過X射線以外的方法獲得一些結構信息。電子顯微鏡，NMR方法，電子自旋共振方法等已知為能夠確定三維結構的方法。電子顯微鏡有兩種主要的結構分析方法。一種是使用二維晶體的方法，也稱為電子束晶體方法。盡管可以以高分辨率確定三維結構，但是必須創建二維晶體（單層結構）。另一種是單顆粒分析，這是一種通過分別收集大量蛋白質分子圖像并取統計平均值來提高分析準確性的方法。在任何電子顯微鏡中，由于電子束引起的蛋白質的物理損傷在任何方法中都是一個嚴重的問題，并且測量是在非常低的樣品溫度下進行的。根據樣品狀態的不同，NMR法分為溶液NMR法和固體NMR法。溶液NMR法必須完全用表面活性劑等溶解，但是可以高分辨率確定三維結構并分析與配體等的分子間相互作用。溶液NMR方法與其他方法有很大不同，因為它需要完全溶解的狀態才能進行結構分析，但就溶解條件而言，它是最佳方法。固態NMR方法可進行各種樣品狀態的分析，并可顯著提高低溫條件下的靈敏度。在電子自旋共振方法中，自由基之間的距離是通過將多個稱為自旋標記的低反應性自由基引入到膜蛋白中而獲得的。通過收集大量的徑向間距，可以以低分辨率確定三維結構。