我們已經越來越清楚外膜結構對于革蘭氏陰性菌起著十分重要的生理作用。由于外膜的存在，使得細菌對機體的防御性體液因子，如溶菌酶、β-溶解素及許多白細胞毒性蛋白具有抵抗作用，而這類物質一般講對于革蘭氏陽性菌具有高度的毒性。存在于人或動物腸道中的革蘭氏陰性腸桿菌其外膜得到了高度的發達，并成為一種有效的屏障結構，這樣，這類細菌不易受到膽鹽的去垢作用及消化酶的降解作用。另外，腸道及其它的一些革蘭氏陰性菌的外膜，對于許多抗菌素如大內環類抗生素、新菌素，利福平、林可霉素、柯林達霉素及梭鏈孢酸等具有屏障作用。即使有微量的抗菌素進入細胞，細菌體內的酶系統亦較易將抗生素滅活，因而革蘭氏陰性菌經常易建立對抗生素的高度抵抗性。細菌外膜這些功能與現代醫院中革蘭氏陰性菌的感染流行是密切相關的。

細菌外膜的另一個重要的功能就是提供細菌表面高度的親水性，這一點在防御機體吞噬作用、補體的攻擊作用，以及通過膜表面抗原的改變而抵抗特異性免疫攻擊等作用中有著十分重要的意義。當然，細菌外膜的這些功能與其中存在的內毒素亦有密切的關系，這也就是內毒素在外膜中所發揮的主要作用。