1、分类不同线粒体内膜的脂质组成与细菌细胞膜的相似，这一现象可利用内共生假说解释。
该假说认为线粒体是由被真核细胞胞吞后内化的原核细胞衍变而来的。内膜的磷脂分子的非极性端有四个尾端，与一般的磷脂分子不同。线粒体外膜是位于线粒体最外围的一层单位膜，厚度约为6-7nm。其中磷脂与蛋白质的质量为0.9:1，与真核细胞细胞膜的同一比例相近。
2、成分不同线粒体内膜含有比外膜更多的蛋白质，所以承担着更复杂的生化反应。存在于线粒体内膜中的蛋白质主要可分为如下几类，它们分别负责不同的生理过程。线粒体外膜中酶的含量相对较少，其标志酶为单胺氧化酶。线粒体外膜包含称为“孔蛋白”的整合蛋白，其内部通道宽约2-3nm，这使线粒体外膜对分子量小于5000Da的分子完全通透。
3、作用不同线粒体内膜不含有孔蛋白，所以通透性较线粒体外膜低。
此外，线粒体内膜中的心磷脂与离子的不可渗透性有关。相对于外膜而言，内膜对于大多数的核苷、糖类以及较小的离子等都是不通透的，这些物质进出线粒体内膜需要利用各自对应的特异性载体。线粒体内膜对大多数离子的低渗透性为其建立质子梯度、驱动ATP合成并行驶其他正常功能提供了保证。
