1．磷脂

細菌外膜所含的磷脂成分與真核細胞膜的成分極為相似，有一點有意義的區別在于細菌(如大腸桿菌等)外膜含有多量的磷脂酰乙醇胺。其他的成分有磷脂酰甘油及心磷脂等。

磷脂是組成外膜內葉的主要分子，而外膜的外葉則是由內毒素及磷脂分子共同組成的，亦即由磷脂一磷脂所形成的雙層膜結構僅局限于外膜的局部區域。由于細菌內毒素與磷脂分子在結構上具有高度的相似性，故而這種由磷脂—磷脂，磷脂—內毒素所組成的外膜結構并不影響外膜的穩定性。
 

2.內毒素
內毒素系革蘭氏陰性菌及某些陰性菌樣微生物外膜中的一種結構成分，在文獻中更常用的術語為脂多糖(LPS)，對于細菌外膜的結構與功能起著十分重要的作用。內毒素由寡糖支鏈和類脂A組成，前者為核心多糖，后者為內毒素分子的主要毒性成分及生物學活性中心。類脂A可與機細胞生物膜上的磷脂相互作用，產生多種生物活性。內毒素具有多種生物學效應，能使宿主機體發熱、白細胞增多、直至休克死亡。

3.多糖成分
腸杅菌科在外膜中含有一種特征性的多糖成分稱為腸道共同抗原(enterobacterial common antigen，ECA)。這是一種酸性多糖。含有N-乙酰-D-氨基葡萄糖，N-乙酰-D-甘露糖酸及4-乙酰氨基-4，6-脫氧-D-半乳糖。--般的ECA結合于外膜的磷脂分子上，而在所謂的ECA-免疫原性菌株ECA 則結合于內毒素的核心部位。
 

4．蛋白質
細菌外膜分子組成中的一半為蛋白質，外膜中所含的蛋白質種類較多，但僅存在幾種稱為主要蛋白(major proteins)的分子成為外膜蛋白的主要成分，這類蛋白質包括透道蛋白( porins)和外膜A蛋白(outer membrane protein A，Omp A)，這兩類蛋白質的分子量均為35000d左右。此外，外膜中還含有胞壁脂蛋白，但其分子量要小得多(7200d)。如果細菌培養環境改變，則主要蛋自的組成可發生變化。