У грамотрицательных бактерий клеточная стенка тоньше, чем у грамположительных, но сложнее. Обычно она состоит из нескольких слоев. Внутренний слой образован пептидогликаном, отделенным от плазматической мембраны периплазматическим пространством, в котором функционируют некоторые ферменты. Снаружи от пептидогликанового слоя расположена наружная мембрана. Ее несколько схематично можно представить как двойной слой липополисахарида, дающий начало структуре, сходной с плазматической мембраной. Слои пересекаются молекулами белков, причем некоторые из них выполняют транспортные функции. Наружную поверхность этой мембраны покрывает сложный липополисахаридный слой.