Ett dubbelmembran är en membranstruktur som består av två fosfolipiddubbelskikt arrangerade rygg mot rygg. Dubbla membran definierar cellulära avdelningar som kallas organeller. Det utrymme som avgränsas av de två membranen utgör organellens lumen, som är skild från cytosolen.

En av de mest framträdande dubbelmembranstrukturerna i eukaryota celler är kärnhöljet, som omsluter cellens genetiska material. Andra välkända organeller som har dubbla membran inkluderar mitokondrier och kloroplaster. I mitokondrier tjänar dubbelmembranstrukturen till att generera en protongradient för produktion av ATP genom oxidativ fosforylering. I kloroplaster är dubbelmembranet involverat i att fånga och omvandla solljus till kemisk energi under fotosyntesen.

Dubbla membran spelar viktiga roller i cellulär kompartmentalisering, transport av molekyler och upprätthållande av specifika kemiska miljöer inom organeller, vilket gör dem till kritiska komponenter i eukaryota cellstruktur och funktion.