Die wichtigsten Bausteine der biologische Zelle sind die Lipidmembranen, Proteine und Nukleinsäuren. Seit einer klassischen Arbeit von Gorter und Grendel (1925) ist bekannt, dass die Membran im wesentlichen aus zwei Monoschichten von Lipiden besteht. Die Grundlage des heutige akzeptierten Bildes einer biologischen Membran bildet das "'fluid mosaic"'-Modell von Singer und Nicolson (1972). In ihm ist die Lipidmembran eine zweidimensionale Struktur aus Lipiden, die ein strukturiertes "'Lösungsmittel"' für Membranproteine bildet. Die Prinzipien der Strukturbildung der Proteine ist durch die Arbeiten von Pauling und Corey (1948), die der Nukleinsäuren seit der epochalen Arbeit von Watson und Crick (1953) im wesentlichen verstanden. Sowohl die Membranen als auch Proteine und Nukleinsäuren zeigen temperaturabhängige Ordnungsumwandlungen. Ein besonderes Merkmal dieser übergänge ist die Tatsache, dass die beteiligten Moleküle innere Freiheitsgrade durch Rotationen um Molekülachsen haben und die Ordnung innermolekular verloren geht. Da sowohl Membranen als auch Makromoleküle in eine wässrige Umgebung eingebettet sind, werden die Umwandlungen durch Umgebungsbedingungen empfindlich beeinflusst. Die Physik dieser Umwandlungen ist im allgemeinen komplex, kann aber in einigen Fällen mit Hilfe von einfachen Modellen beschrieben werden.