在革蘭氏陰性菌的表層，有由肽葡聚糖形成的細胞壁，在壁的外面，又有由蛋白質、磷脂質、脂多糖形成的膜層，與里面的細胞質膜相對應，特稱此層為細菌外膜。外膜比細胞質膜的磷脂質含量低，但脂多糖的含量則比較高。外膜的蛋白質與細胞質膜不同，主要部分為數種蛋白質所構成。其主要蛋白質的部分與特異的內面的肽葡聚糖以共價鍵結合。脂多糖存在于外膜的最外層。在外膜中僅知有磷脂酶，在細胞與外界的聯系中，已看到有許多功能的蛋白質，即有各種噬菌體、維生素B12、大腸桿菌素等的受體存在，而其一部分蛋白質則與DNA的復制、細胞分裂有關，此外，外膜對水溶性低分子物質容易透過，但對抗菌物質則是透過的屏障，它對革蘭氏陰性菌間的透過性帶來很大的差異。
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