Les bicouches lipidiques sont importantes dans les cellules biologiques. Elles sont à la base des membranes cellulaires et entourent la plupart des organites cellulaires. Les bicouches lipidiques se forment automatiquement à partir des phospholipides par auto-assemblage.

Les phospholipides ont des têtes qui se mélangent à l'eau et des queues qui rejettent l'eau. Ainsi, les queues se rassemblent au centre de la double couche, et les têtes à l'extérieur sont entourées d'eau.

Les bicouches lipidiques empêchent le passage de la plupart des molécules hydrosolubles (hydrophiles). Elles arrêtent également la plupart des ions.

Dans les cellules, les protéines sont placées dans la bicouche par des enzymes. Les protéines décident quelles molécules entrent et quelles molécules sortent de la cellule. Par exemple, les cellules contrôlent les concentrations en sel et le pH en pompant les ions à travers leurs membranes à l'aide de protéines appelées pompes ioniques.