线粒体内膜（英语：inner mitochondrial membrane，缩写为“IMM”）是位于线粒体外膜内侧，包裹着线粒体基质的一层单位膜。线粒体内膜比外膜稍薄，厚约5-6nm。线粒体内膜中蛋白质与磷脂的质量比较高（质量比≥3:1） ，并含有大量的心磷脂（心磷脂与磷脂的质量比约为0.22:0.78）。线粒体内膜的某些部分会向线粒体基质折叠形成嵴，嵴的形成可大大增加该膜的表面积。线粒体内膜的标志酶是细胞色素氧化酶。

中文名：线粒体内膜

外文名：inner mitochondrial membrane

缩写：IMM

地理位置：线粒体外膜内侧

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：

运输酶与载体蛋白：运输酶可进行各种代谢产物和中间产物的运输。此外，内膜中还有一些特异性载体蛋白，运输钙离子、磷酸、谷氨酸、鸟氨酸及核苷酸等。

生物大分子合成酶类：完成某些重要生物合成的酶。线粒体是线粒体DNA和线粒体RNA等生物大分子合成的场所。

参与电子传递和ATP合成的酶类：这类酶是线粒体内膜的主要成分，参与电子传递和三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，简称“ATP”）的合成。

线粒体结构

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。

线粒体内膜中电子和质子传输示意图