最初提示膜中脂質呈雙分子層形式存在的，是對紅細胞膜所作的化學測定和計算。Gortert和Grendel(1925)提取出紅細胞膜中所含的脂質，并測定將這些脂質以單分子層在水溶液表面平鋪時所占的面積，結果發現一個紅細胞膜中脂質所占的面積，差不多是該細胞表面積的2倍。因此導致以下結論：脂質可能是以雙分子層的形式包被在細胞表面的。以后提出的雙分子層模型中，每個磷脂分子中由磷酸和堿基構成的基團，都朝向膜的外表面或內表面，而磷脂分子中兩條較長的脂酸烴鏈則在膜的內部兩兩相對。脂質分子的這種定向而整齊的排列，是由脂質分子本身的理化特性和熱力學定律所決定。所有的膜脂質都是一些雙嗜性分子，磷脂的一端的磷酸和堿基是親水性極性基團，另一端的長烴鏈則屬疏水性非極性基團。當脂質分子位于水表面時，由于水分子是極性分子，脂質的親水性基團將和表面水分子相吸引，疏水性基團則受到排斥，于是脂質會在水表面形成一層親水性基團朝向水面而疏水性基團朝向空氣的整齊排列的單分子層。從熱力學業角度分析，這樣組成的系統包含的自由能最低，因而最為穩定，可以自動形成和維持。根據同樣的原理，如果讓脂質分子在水溶液中受到激烈擾動時，脂質有可能形成含水的小囊，但這囊只能是由脂質雙分子層形成，外層脂質的極性基團和囊外水分子相吸引，內層脂質的極性基團則和囊內水分子相吸引，而兩層脂質的疏水性烴鏈將兩兩相對，排斥水分子在囊膜中的存在，其結構正和天然生物膜一致。這種人工形成的人工膜囊，稱為脂質小體（liposome），似人造細胞空殼，有很大的理論研究和實用價值。