Kalvon lipidikaksoiskerroksen perusrakenteen muodostavat kalvoripidit, mutta kalvon aktiiviset toiminnot ovat riippuvaisia proteiineista. Solujen adheesio, energiansiirto, signalointi, solujen tunnistaminen ja kuljetus ovat vain muutamia tärkeitä biologisia prosesseja, joita kalvoproteiinit toteuttavat.
Proteiinit voivat assosioitua plasmakalvoon kolmella tavalla: sisäiset/integraaliset kalvoproteiinit, jotka ovat upotettuina lipidikaksoiskerroksen hydrofobiselle alueelle, kalvon poikki ulottuvat transmembraaniproteiinit, jotka voivat ylittää kalvon kerran (single-pass) tai useita kertoja (multi-pass), ja ekstrinsiset eli perifeeriset kalvoproteiinit, jotka assosioituvat heikosti lipidikaksoiskerroksen hydrofiilisiin pintoihin tai sisäisiin kalvoproteiineihin
Valkuainen voi assosioitua proteiineihin kalvolla kolmella tavalla. Sisäiset eli integraaliset kalvoproteiinit uppoavat lipidikaksoiskerroksen hydrofobiselle alueelle. Kokeellisesti nämä proteiinit voidaan eristää vain hajottamalla kalvo fysikaalisesti detergentillä tai muulla poolittomalla liuottimella. Mono Save topic -proteiinit asettautuvat yhteen kalvolehteen, mutta eivät ulotu kalvon yli. Transmembraaniproteiinit ovat klassisia esimerkkejä sisäisistä kalvoproteiineista. Ne kattavat kalvon tyypillisesti α-helix-konformaatiossa ja voivat katkaista kalvon useita kertoja. Jotkin intergraaliset kalvoproteiinit käyttävät β-akseleita kalvon ylittämiseen. Nämä rakenteet ovat tyypillisesti suuria ja muodostavat vedellä täytettyjä kanavia. Ekstrinsiset tai perifeeriset kalvoproteiinit liittyvät löyhästi lipidikaksoiskerroksen hydrofiilisiin pintoihin tai intrinsisiin kalvoproteiineihin. Ne muodostavat heikkoja hydrofobisia, sähköstaattisia tai ei-kovalenttisia sidoksia, mutta eivät kiinnity kalvon hydrofobiseen ytimeen. Nämä proteiinit voidaan irrottaa kalvosta ilman, että se hajoaa polaaristen reagenssien tai korkean pH:n liuosten avulla. Ekstrinsiset kalvoproteiinit voivat olla vuorovaikutuksessa sisä- tai ulkolehden kanssa.