เยื่อหุ้มเซลล์ (อังกฤษ: plasma membrane) เป็นเยื่อหุ้มที่อยู่ชิดกับผนังเซลล์ อาจมีลักษณะเรียบ หรือพับไปมา เพื่อขยายขนาดเยื่อหุ้มเซลล์เข้าไปในเซลล์ เรียกว่า มีโซโซม (mesosome) หรือที่เรียกกันอีกอย่างว่า "เซลล์คุม" มีหน้าที่ควบคุม การเข้าออกของน้ำ สารอาหาร และอิออนโลหะต่าง ๆ เป็นตัวแสดงขอบเขตของเซลล์ เซลล์ทุกชนิดต้องมีเยื่อหุ้มเซลล์
เยื่อหุ้มเซลล์เป็นเยื่อบาง ๆ ประกอบด้วยสารประกอบสองชนิด คือ ไขมันชนิดฟอสโฟลิปิดกับโปรตีน โดยมีฟอสโฟลิปิดอยู่ตรงกลาง 2 ข้างเป็นโปรตีน โดยมีไขมันหนาประมาณ 35 อังสตรอม และโปรตีนข้างละ 20 อังสตรอม รวมทั้งหมดหนา 75 อังสตรอม ลักษณะที่แสดงส่วนประกอบของเยื่อหุ้มเซลล์นี้ต้องส่องดูด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน จึงจะเห็นได้
เยื่อหุ้มสามารถแตกตัวเป็นทรงกลมเล็ก ๆ เรียกเวสิเคิล (Vesicle) ซึ่งมีช่องว่างภายใน (Lumen) ที่บรรจุสารต่าง ๆ และสามารถเคลื่อนที่ไปหลอมรวมกับเยื่อหุ้มอื่น ๆ ได้ การเกิดเวสิเคิลนี้เกิดขึ้นได้ทั้งกับการขนส่งสารระหว่างออร์แกแนลล์ และการขนส่งสารออกนอกเซลล์ที่เรียกเอกโซไซโทซิส (Exocytosis) ตัวอย่างเช่น การที่รากเจริญไปในดิน เซลล์รากจะสร้างมูซิเลจ (Mucilage) ซึ่งเป็นสารสำหรับหล่อลื่น เซลล์สร้างมูซิเลจบรรจุในเวสิเคิล จากนั้นจะส่งเวสิเคิลนั้นมาหลอมรวมกับเยื่อหุ้มเซลล์เพื่อปล่อยมูสิเลจออกนอกเซลล์ ในกรณีที่มีความต้องการขนส่งสารขนาดใหญ่เข้าสู่เซลล์ เยื่อหุ้มเซลล์จะเว้าเข้าไปด้านใน ก่อตัวเป็นเวสิเคิลหลุดเข้าไปในเซลล์ โดยมีสารที่ต้องการอยู่ภายในช่องว่างของเวสิเคิล การขนส่งแบบนี้เรียกเอ็นโดไซโตซิส (Endocytosis)
นอกจากนั้น เยื่อหุ้มยังทำหน้าที่เป็นเยื่อเลือกผ่าน ยอมให้เฉพาะสารที่เซลล์ต้องการหรือจำเป็นต้องใช้เท่านั้นผ่านเข้าออกได้ การแพร่ผ่านเยื่อหุ้มเซลล์เกิดขึ้นได้ดีกับสารที่ละลายในไขมันได้ดี ส่วนสารอื่น ๆ เช่น ธาตุอาหาร เกลือ น้ำตาล ที่แพร่เข้าเซลล์ไม่ได้ จะใช้การขนส่งผ่านโปรตีนที่เยื่อหุ้มเซลล์ ซึ่งเป็นได้ทั้งแบบที่ใช้และไม่ใช้พลังงาน
