红细胞膜为脂质双分子层的半透膜，对物质的通透具有选择性，不能通过蛋白质等大分子物质；氧和二氧化碳等脂溶性气体以单纯扩散方式可自由通过，葡萄糖和氨基酸等亲水性物质依靠易化扩散通过，负离子如Cl^-、HCO₃^-等较易通过，尿素也可自由透入，而Na⁺ 、K⁺等正离子很难通过，需依赖钠泵来主动转运。

钠泵的能量来自红细胞消耗葡萄糖产生的ATP提供，并用以保持膜的完整性和膜内外的Na⁺ 、K⁺浓度梯度。贮于血库较久的血液其血浆K⁺浓度升高，因低温时红细胞代谢率低，以致Na⁺、K⁺泵活动缺乏能量来源，不能将K⁺泵入细胞内。

红细胞还具有渗透脆性和悬浮稳定性。