O sistema endomembranoso é composto por membranas diferentes, que estão suspensas no citoplasma dentro de uma célula eucariótica. Estas membranas dividem a célula em compartimentos funcionais e estruturais, ou organelas. Em eucariontes, as organelas do sistema endomembranoso incluem: o envoltório nuclear, retículo endoplasmático, o complexo de Golgi, lisossomos, vacúolos, vesículas e a membrana celular. O sistema é definido com mais precisão como o conjunto de membranas que formam uma única unidade funcional e de desenvolvimento, quer ser conectados diretamente ou através de troca de material de transporte vesicular.[1] É importante ressaltar, o sistema endomembranoso não inclui as membranas das mitocôndrias e cloroplastos.
O envoltório nuclear é uma membrana que contém duas camadas, que engloba o conteúdo do núcleo.[2] O retículo endoplasmático é uma organela sintetizante e transportadora, dentro do citoplasma, em células animais e vegetais.[3] O aparelho de Golgi é uma série de múltiplos compartimentos, onde moléculas são "empacotadas para entregar" outros componentes celulares ou pela secreção da célula.[4] Os vacúolos, que são encontrados tanto em células animais e vegetais (embora muito maior nas células vegetais), são responsáveis pela manutenção da forma e da estrutura da célula, bem como resíduos de produtos de armazenamento.[5] A vesícula é uma membrana-bolsa fechada e relativamente pequena que armazena ou transporta substâncias.[6] A membrana plasmática, também conhecida como a membrana celular, é uma barreira de proteção que regula o que entra e sai da célula.[7] Há também uma organela conhecido como o spitzenkörper que só é encontrada em fungos, e está ligado com o crescimento da ponta das hifas.[8]
Em procariontes, as endomembranas são raras, embora em muitas bactérias fotossintéticas da membrana plasmática é muito mais dobrado e do citoplasma da célula é preenchida com camadas de membrana de coleta de luz.[9] Estas membranas de captação de luz pode até formar estruturas fechadas chamado clorossomos nas bactérias sulfúricas verdes.[10]
As organelas do sistema estão relacionadas através do contato direto ou através da transferência de segmentos da membrana como a vesícula. Apesar destas relações, as várias membranas não são idênticas na estrutura e função. A espessura, a composição molecular e comportamento metabólico de uma membrana não são fixas, elas podem ser modificadas diversas vezes durante a vida da membrana. Uma característica unificar as partes membranas é uma bicapa lipídica, com proteínas ligadas a qualquer lado ou percorrendo-las.[11]