20世纪30年代，电子显微镜的发明，使人们对细胞的结构有了新的认识，产生了细胞生物学这一新的分支学科，细胞形态的研究达到了空前的高潮。20世纪50年代，电镜技术的应用揭示出惊人的细胞亚显微世界，发现了一些光镜下看不见的细胞器及其结构。

50年代以来通过瑞典生物学家F.S.舍斯特兰德、美国物理学家J.D.罗伯逊等各自用电子显微镜所作的研究，于1959年指出多数膜是由暗-明-暗，即蛋白-磷脂-蛋白三层组成的"三合板"式结构，这种膜的模型有相当普遍性，故称单位膜。

　　　

1974年由A.L.奥林斯、科恩伯格和奥特脱等提出并经过多方证明的核小体模型，又完全替代了以DNA为核心的超盘绕模型，反应了对染色体结构的新认识。

1934年美国解剖学家R.R.本斯利和N.L.霍尔成功地分离了豚鼠肝脏的线粒体，开创了用生化方法直接研究细胞器的广阔前景。1956年罗马尼亚裔的美国细胞生物学家G.E.帕拉德提出线粒体由外膜、内膜、脊、外室、内室和基质等组成，不久就得到了普遍的承认。