Daha once ışık mikroskobuyla varlığı saptanmasına karşın, elektron mikroskobunun bulunuşundan sonra, ayrıntılı yapısı kısmen acıklanabilmiştir. Kalınlığı en fazla 120 A° (1 angstrom = 1/10.000 mm.) dur. Protein, yağ ve az miktarda karbonhidrat molekullerinden (ozellikle memelilerde) meydana gelmiştir. Hucre zarının yapısı hakkında ilk bilimsel model Danielli ve Dawson tarafıdan ortaya konmuş ve bircok biyolog tarafından uzunca bir sure benimsenmiştir. Bu modele gore hucre zarının ortasında bir fosfolipit (60 A° kalınlığında) ve bunun her iki tarafında da birer protein tabakası (30 A° kalınlıklarında) bulunur. Buna "Zar Birimi" denir.

Danielli ve Dawson modelinin, hucrenin işlevsel bir parcası olan hucre zarının işleyişini tam olarak acıklayamaması, bu konuda yeni modellerin geliştirilmesine neden olmuştur, oyleki hucre zarının, iki tarafında protein, ortada fosfolipit tabakasından ibaret bir yapı olmadığı; bir lipit denizinde yuzen, proteinden ve glikoproteinlerden yapılmış, almac denen ozel bolgelerle dışarıya acılan bir "Mozaik Zar Modeli"nden oluştuğu anlaşılmıştır. Mozaik Zar Modeli 1966 yılında Singer ve Lenard tarafından ortaya cıkarıldı, ancak 1972 yılında ayrıntılı olarak yayınlandı. Bu zar modeli ya da birimi tum hucrelerin dış zarında ve icteki organellerinin zarlı kısımlarında (mitokondri ceperi, golgi, endoplazmik retikulum, cekirdek zan gibi) benzerdir.

Zarın yapısındaki lipitler coğunluk fosfolipitlerdir ve zarın orta kısmında iki tabakalı olarak bulunur. Bir tabakadaki fosfolipidin suda erimez lipofil (apolar) kutbu (yağ asitlerini taşıyan polarize olmamış kutbu) obur tabakadaki fosfolipidin lipofil kutbuna donuktur. Dolayısıyla ışınsal bir şekilde lipofil kutuplar karşıkarşıya gelmiştir. Suda eriyen hidrofil (polar) kutupları ise dışa donuktur. Bu tabakalar, polipeptitterden meydana gelmiş bloklarla ya da adacıklarla kesilmiştir. Bu haliyle hucre zarı, icinde proteinlerden yapılmış adalar taşıyan bir lipit denizi gibi gorunur.

Hayvansal hucrelerin dış yuzu, hucre zarında bulunan noraminik asidin iyonize olmuş karboksil grubundan dolayı eksi yukludur. Noramin, noraminidaz enzimi ile zardan koparılırsa, eksi yukun buyuk bir kısmı yitirilir.

Zar proteinleri, yerleşim durumlarına gore iki kısma ayrılır. Bir grup protein, yağ tabakasının her iki yuzundedir. Bunlara "Ekstrinsik Proteinler" denir. Bir kısmı da yağ tabakasının icine gomulmuştur; dış kısımları yağ tabakasının ic ya da dış yuzune acılabilir. Bunlara da "l n t r i n s i k Proteinler" denir. intrinsik proteinlerden rodopsin retinanın comakcıklarındaki taraklarda bulunur. Karanlıkta 1 /3'u oranında. aydınlıkta ise 1 /2'si oranında zar icine gomulur. Ekstrinsik proteinler sulu ortamla temas halinde oldukları icin hidrofilik amino asitleri, intrinsik proteinler ise bir tarafları ile yağ tabakasına gomulu oldukları icin bu kısımlarında hidrofobik amino asitleri, diğer tarafları sulu ortamla temasta olduğu icin de o taraflarında hidrofilik amino asitleri taşırlar.

Memeli hucrelerinde, ozellikle alyuvarlarda, intrinsik proteinlere bağlı olarak karbonhidratlar bulunmuştur. Karbonhidratlar, hucre zarında glikoproteinler ve glikolipitler halinde bulunurlar ve zar yuzeyinin, turlere hatta hucre gruplanna ilişkin ozgulluğunu sağlarlar. Organellerin zarında karbonhidrat bulunamamıştır. Hucre yuzeyinde ince bir film halinde bulunan glikoproteinler hucreye antijen ozelliği verirler. Bunlar virus almacı olarak da kullanılırlar. Alyuvarlardaki mukopolisakkaritler antijen ozelliğinin yanısıra, kan gruplannın oluşumunu da sağlar. Bu karbonhidrat gruplarının bozulması (kanserleşme) ya da bir ceşit aşınması, yani hucre zarının ketleşmesi, yaşlanmaya yol acar. ozellikle kanserleşmede hucre yuzeyi daha fazla eksi elektrik yuklu olur.

Cok hucrelilerde hucrelerin birbirine teması bazı bilgilerin aktarılmasına, orneğin hucre bolunmesinin durdurulmasına "Kontak inhibisyon", morfo-genetik hucre hareketlerinin meydana gelmesine, buyumenin duzenlenmesine neden olur. Kontak inhibisyona guzel bir ornek de, plazmodyumun (sıtma etkeni) eritrositleri tanımasıdır. Bu tanımayı glikokalikslerle yapar. Diğer bircok hucre paraziti aynı yontemi kullanır.

Hucrenin ic ortamını, dış ortamdan ayıran ve her iki ortam arasındaki madde alışverişini duzenleyen hucre zarının yapısı buyuk bir olasılıkla sabit değildir. Yağ ve protein molekulleri belirli sınırlar icinde hareket eder. Bu hareket ice ve dışa doğru olmaktan ziyade yanlara doğrudur. Hucre zarının yapısal değişimi, taşıdığı doymuş ve doymamış yağ molekullerinin miktarına bağlıdır. Zar, genellikle vucut sıcaklığında akıcı olan doymamış yağ molekullerini icerir. Zar yuzeyinde mozaik şeklinde bulunan protein ve glikoprotein adacıkları, etrafını ceviren bir sıralı yağ molekulleri ile sıkıca bağlanmıştır (bu ikisinin arasında hareket meydana gelmez). Fakat diğer yağ molekulleriyle bağlantısı gevşektir.

Hucre zarının biyolojik etkinliğini değiştiren bircok madde, orneğin karsinojen (kanserleşmeye neden olurlar) maddeler, bazı hastalıkların ortaya cıkmasına neden olmaktadır.

Hucre zarının enine kesitlerinde, boyları 75 A0 kadar olabilen bazı kanalların, dış yuzeyden ic yuzeye kadar uzandığı saptanmıştır. Elektron mikroskobuyla yapılan son calışmalarda, hucre zarının, Golgi aygıtının bir urunu olduğu saptanmıştır. Golgi aygıtından kesecikler şeklinde surekli meydana gelen zar akımı, hucre zarının kısmi onarımında ve hucre bolunmesinden sonra hucre zarının buyumesinde kullanılır. Hucre zarında cekirdek zarında bulunan porlar bulunmaz. Hucreye giren besinleri ve hucreden cıkan artık maddeleri; zarın gecirgenliği, uc tabakalı molekuler dizilişi ve ozellikle proteinden oluşmuş almac (reseptor) kısımları saptamakla beraber, elektriksel yukun de bu giriş-cıkışta buyuk bir onemi olduğu varsayılmaktadır. Hucre ici ile dış ortam arasındaki elektrik potansiyel farkı (m V duzeyinde), bazı maddelerin iceriye ve dışarıya pompalanmasını kolaylaştırır.

Bir amip ya da silli hayvan yaralanırsa; bu yara yeni bir zarla hemen kapatılır. Bu yeni zara plazmalemma denir. Plazmalemmayı hucre arasına salgılanan maddelerle ya da bir ceşit hucre iskeletini oluşturan hucre dışındaki daha katı seluloz (bitkilerde) ya da mukopolisakkarit ve albuminoid yapılarla karıştırmamak gerekir.

Hucre, yoğunluğu az olan bir sıvı icerisine (hipotonik) konursa şişer ve sonunda patlar, buna "Hemoliz" (genellikle alyuvarlarda hemin hucre dışına cıkmasında kullanılır); yoğunluğu fazla bir sıvı icerisine konursa, su kaybederek buzulur, hucre zarı bitkilerde seluloz duvardan ayrılır ve sonunda yine patlar buna da "Plazmoliz" denir.