放線菌的細胞膜是緊貼細胞壁包含細胞質(zhì)及擬核的一層膜結(jié)構(gòu)。該膜與細菌的細胞膜在結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成及生物學(xué)功能上都極為相似。細胞膜最重要的作用是選擇性地進行營養(yǎng)物質(zhì)的運輸及代謝廢物的排除，特別是對于營養(yǎng)菌絲，起細胞膜上的載體蛋白種類十分豐富，在放線菌從周圍環(huán)境吸收營養(yǎng)過程中發(fā)揮著重要作用。此外，膜上的各種極性類脂醫(yī)|學(xué)教育網(wǎng)搜集整理、非極性類脂及細胞色素和醌類等物質(zhì)在組成細胞膜結(jié)構(gòu)、參與能量代謝及對放線菌的化學(xué)分類中都有重要意義。

和細菌相似，放線菌的細胞膜也能特化形成中介體。由于放線菌是長的絲狀體，細胞膜形成的中介體數(shù)較多。通過細胞膜的內(nèi)向凹陷，有效的擴大了細胞膜的比表面積，這樣更有利于在膜上進行電子傳遞，豐富了酶的種類和數(shù)量。