El origen de las moléculas que forman parte de las membranas lo trataremos con más detalle cuando hablemos de los orgánulos que las producen. Así, la síntesis de lípidos se estudiará cuando hablemos del retículo endoplasmático liso, la de las proteínas cuando nos centremos en el retículo endoplasmático rugoso y los glúcidos cuando abordemos el aparato de Golgi. Asimismo, en el apartado dedicado a cada orgánulo membranoso de la célula estudiaremos cómo y de dónde proceden las moléculas que lo forman. Aquí haremos una síntesis.

Las membranas están en perpetua renovación, sus moléculas son degradadas y sintetizadas de nuevo continuamente. Mediante marcaje de aminoácidos se ha comprobado que las proteínas de alto peso molecular de la membrana plasmática se renuevan cada 2-5 días, mientras que las de bajo peso molecular lo hacen cada 7-13 días. Los lípidos lo hacen cada 3-5 días. La mayoría de los componentes de las membranas celulares se sintetizan en el retículo endoplasmático. Esto es cierto para las proteínas y para la mayoría de los lípidos, mientras que la mayor parte de los glúcidos son añadidos en el aparato de Golgi. El transporte de estas moléculas desde el retículo endoplasmático o desde el aparato de Golgi hasta su destino final sigue generalmente las rutas del tráfico vesicular, que es aquel que comunica los compartimentos celulares membranosos mediante vesículas.

El retículo fabrica proteínas y lípidos para sí mismo, para la envuelta nuclear, que en realidad es una continuación de las membranas del propio retículo, para el aparato de Golgi, para los endosomas, para los lisosomas, para la membrana plasmática y para las propias vesículas que sirven de transportadores. El retículo también fabrica lípidos para otros orgánulos que quedan fuera de la ruta vesicular como son las mitocondrias y los cloroplastos, los cuales reciben los lípidos gracias a intercambiadores moleculares. Estos intercambiadores son capaces de extraer un lípido de una membrana protegerlo del medio acuoso, viajar por el citosol y soltar su carga en otra membrana. Algunos de los lípidos de los compartimentos que participan en el tráfico vesicular también se transportan de esta forma. Las proteínas de las membranas de las mitocondrias y de los cloroplastos se sintetizan en ribosomas libres en el citosol o son producidas por el propio orgánulo, puesto que estos dos orgánulos contienen ADN, ribosomas y toda la maquinaria para la síntesis proteica.

Merece mencionar como caso aparte a los peroxisomas. Recientemente se ha postulado que son derivados de las membranas del retículo endoplasmático, del que se originarían por evaginación. Sin embargo, es un orgánulo que no recibe ni envía vesículas a otros orgánulos. Además, se ha demostrado que ciertas proteínas producidas por los ribosomas citosólicos forman parte de los peroxisomas. Luego las fuentes de sus moléculas de membrana son variadas.

En el caso de la membrana plasmática la principal fuente de moléculas son las vesículas que se fusionan con ella. Los compartimentos que producen dichas vesículas son principalmente los endosomas y el aparato de Golgi. Pero en última instancia las proteínas y los lípidos que conforman las vesículas son sintetizados en el retículo endoplasmático. Sin embargo, el glucocálix desarrollado presente en algunas células se ensambla principalmente en el aparato de Golgi. La renovación de las moléculas de las membrana plasmática se completa con la formación de vesículas en la propia membrana que viajarán en una serie de pasos hasta los lisosomas donde serán degradadas. A veces las moléculas que se retiran de la membrana por parte de las vesículas son devueltas a ella, de nuevo en forma de vesículas, gracias a un proceso de reciclaje que tiene a los endosomas como compartimento de relevo. Esto hace que la membrana plasmática pueda variar la cantidad y proporción de sus moléculas sin la necesidad de un costoso proceso de degradación y síntesis.