細菌外膜所含的磷脂成分與真核細胞膜的成分極為相似，其中一點有意義的區別在于細菌（如鼠傷寒沙門氏菌、大腸桿菌等）外膜含有高量的磷脂酰乙醇胺。其他的成分有磷脂酰甘油及心磷脂等。根據細菌培養條件的不同磷脂中脂肪酸的組成可發生改變。

外膜中正常磷脂分子處于一個動態的過程。磷脂在單層膜中的側向擴散速度極快，其擴散常數約為3.2×10-8cm2/s，亦即每秒鐘可移動3.5μm的距離。但是外膜中兩葉間磷脂的交叉移動卻是不常見的。

磷脂是組成外膜內葉的主要分子，而外膜的外葉則是由內毒素及磷脂分子共同組成的，亦即由磷脂一磷脂所形成的雙層膜結構僅局限于外膜的局部區域。由于細菌內毒素與磷脂分子在結構上具有高度的相似性，故而這種由磷脂一磷脂，磷脂一內毒素所組成的外膜結構并不影響外膜的穩定性。