Hücre zarını ayırarak doğrudan analizlerden önce hücre zarının moleküler yapısı hakkındaki kuramlar dolaylı kanıtlara dayanır. Yağda eriyen maddeler hücre zarından kolayca geçebildiği için Overton (1902) hücre zarının ince bir lipit tabakasından yapıldığını ileri sürmüştür. Gorter ve Grendel (1902) hücre zarının iki lipit molekülü kalınlığında bir tabaka (bilayer) olduğunu ileri sürmüşlerdir. Geçirgenlik yüzey gerilimi elektrik ve kimyasal özelliklerini göz önünde bulundurarak Danielli ve Davson 1935'de hücre zarının Simetrik Zar Modelini teklif etmişlerdir. Bu modele göre zarın yapısında tek tabakalı iki protein yaprağı arasında lipit molekülleri vardır. Lipt moleküllerinin polar uçları (hidrofilik kısımları) dışa doğrudur ve protein tabakalarıyla örtülüdür. Moleküler yapıyla ilgili ikinci model Robertson (1959) tarafından teklif edilen Asimetrik Zar Modelidir. Asimetrik zar modelinde ortada iki molekül kalınlığında lipit tabakası iki tarafında da tek molekül kalınlığında protein tabakası vardır. İki model de birbirine benzemekle arasındaki fark; birinci simetrik modelde ortadaki lipit molekül sırasının veya tabakasının kalınlığı belli değildir. Yani iki veya daha fazla lipit molekül sırasının bulunup bulunmadığını gösteren hiçbir kanıt yoktur. Oysa asimetrik modelde ortadaki lipit moleküllerinin sayısı sadece ikidir. İki model arasında ikinci önemli fark lipit tabakasının iki yanındaki protein tabakalarının simetrik modele simetrik asimetrik modele ise kendisine eklenen yeni elementlerden dolayı sitoplazma tarafındaki protein tabakasının dıştaki protein tabakasından belli kimyasal farklar göstermesi yani asimetrik oluşudur. Daha sonraları ortaya çıkan teori ise Danielli-Davson'un modelidir. Danielli-Davson'a göre lipit moleküllerinin polar hidrofilik uçlarının koyu bölgeleri şekillendirdiği polar olmayan hidrofobik yağ asidi zincirlerinin açık renk bölgeleri şekillendirdiği düşünülmektedir. Bu modellerde hücre zarı fosfolipit elementlerin kimyasal özelliğinden dolayı iki tabakalı görülür. Bu üç tabakalı yapı plazma zarı dışında hücrenin sitoplazmada bulunan tüm zarlı yapılarında da görülmektedir. Danielli-Davson ve Robertson modelleri hücre zarının elektriksel ve pasif geçirgenlik özelliklerini açıklamak yeterlidir. Bununla beraber zardaki protein elemanlarının aktif taşınmayı nasıl gerçekleştirdiğini anlamak bu modelle zordur. Danielli ve Davson modelinin hücre zarının işleyişini tam olarak ortaya koyamamasından dolayı yeni hücre zarı modelleri geliştirilmiştir. 1972 yılında Singer ve Nicolson tarafından hücre zarının tüm özelliklerin açıklayan bir model ileri sürülmüştür. Böylece Mozaik Zar Modeli ya da Akışkan-Mozaik Zar Modeli1966 yılında Singer ve Lenard tarafından ortaya atılmasına rağmen 1972'de yayınlanmıştır. Bu modelde fosfolipit tabakaları daha önceki modellerdekine benzer şekilde hidrofilik başları zarın yüzeyine doğru hidrofobik kuyrukları ise içe doğru sıralanır. Asıl farklılık proteinlerin dizilişinde görürlür. Bu modelde proteinler zarın hem iç hem dış yüzeyinde mozaik şekilde dağılırlar ve devamlı bir tabaka meydana getirmezler. Hücre zarında bulunan zar proteinleri; bu modelde yağ tabakasının her iki yüzünde olan Ekstrinsik Proteinler yağ tabakasının içine gömülmüş olanlar ise; İntrinsik Proteinler olarak kabul edilmiştir. Bir lipit denizinde yüzen protein ve glikoproteinlerden yapılmış almaç denilen özel bölgelerle dışarıya açılan bir model olarak Mozaik Zar Modeli günümüzde de geçerliliğini korumaktadır.