Proteínové nosiče, nachádzajúce sa na membráne, sa viažu s látkami a umožňujú im prechod cez membránu proti silám koncentračného gradientu. Pohyb je zvyčajne jednosmerný na rozdiel od difúzie, ktorá je reverzibilná. Energia pre aktívny pohyb je čerpaná z molekuly ATP.

Hlavnými iónmi v bunke a jej okolitom prostredí sú katióny sodíka (Na + ), katióny draslíka (K + ) a anióny chlóru (Cl-). Aktívnu výmenu týchto iónov (aj iných substancií) zabezpečujú proteínové prenášače (carrier proteins). Tieto bielkoviny presahujú celú plazmatickú membránu, takže jeden koniec molekuly je na povrchu bunky a druhý koniec molekuly je vo vnútri bunky. Čím vyššia je koncentrácia roztoku alebo iónu, tým vyššia je príležitosť naviazania na nosičovú bielkovinu.

Väčšina buniek má vo svojej membráne sodíkovú pumpu, ktorá aktívne pumpuje sodík von z bunky. V živočíšnych bunkách je sodíková pumpa spojená s draslíkovou pumpou, ktorá aktívne prenáša draslíkové ióny z mimobunkového priestoru do vnútra bunky. Táto kombinovaná pumpa sa nazýva sodíkovo-draslíková pumpa (Na – K pumpa). Na poháňanie tejto pumpy sa spotrebuje u živočíšnych organizmov viac ako tretina zásob ATP.

V súvislosti s proteínovými prenášačmi, ktoré sú veľmi plastické, existuje ďalšia významná transmembránová bielkovina – kanálový proteín, vytvárajúci proteínový kanál v plazmatickej membráne. Tento je fixného tvaru. Predstavuje ďalšiu formu iónového transportu cez plazmovú membránu. Bolo dokázané, že vážna dedičná choroba – cystická fibróza, je spôsobená zlyhaním proteínu, ktorý účinkuje ako iónový kanál chlóru.