Todas as pequenas moléculas, como os gases O2 e CO2 e os íons, conseguem atravessar a bicamada lipídica por difusão simples.

A permeabilidade da bicamada lipídica a pequenas moléculas polares não carregada é variável: em relação ao etanol, por exemplo, considera-se que a membrana é permeável; em relação à água, no entanto, considera-se que a membrana é parcialmente permeável.

Pequenas moléculas carregadas, como o ATP, têm capacidade parcial em atravessar a membrana plasmática de forma independente de transportadores de membrana.

Moléculas polares e não carregadas como aminoácidos e glicose têm capacidade parcial de atravessar a bicamada de fosfolipídeos.

Todas as moléculas apolares conseguem atravessar a bicamada de fosfolipídeos.