L’une des structures à double membrane les plus importantes des cellules eucaryotes est l’enveloppe nucléaire, qui renferme le matériel génétique de la cellule. D’autres organites bien connus possédant des doubles membranes comprennent les mitochondries et les chloroplastes. Dans les mitochondries, la structure à double membrane sert à générer un gradient de protons pour la production d’ATP par phosphorylation oxydative. Dans les chloroplastes, la double membrane participe à la capture et à la conversion de la lumière solaire en énergie chimique lors de la photosynthèse.
Les doubles membranes jouent un rôle essentiel dans la compartimentation cellulaire, le transport des molécules et le maintien d'environnements chimiques spécifiques au sein des organites, ce qui en fait des composants essentiels de la structure et du fonctionnement des cellules eucaryotes.
