La '''membrana mitocondrial externa''', és una monocapabicapa fosfolipídica que engloba tot l'[[orgànul]]. Té una composició proteïna/fosfolípids semblant a la de la [[membrana plasmàtica]] [[eucariota]] (aproximadament 1:1 en pes). Conté nombroses [[proteïna integral|proteïnes integrals]] de membrana com la [[porina]], que conté un canal intern relativament gran (entre 2-3 [[Nanometre|nm]]) permeable a totes les molècules inferiors a 5.000 [[Unitat de massa atòmica|daltons]]. Les molècules més grans poden travessar la membrana externa mitjançant el [[transport actiu]] a través de les [[proteïnes]] transportadores de la membrana.<ref name="Alberts"/> La membrana externa també conté [[enzims]] implicats en activitats tan diverses com l'[[Elongació (medicina)|elongació]] d'[[àcid gras|àcids grassos]], l'[[oxidació]] de l'[[epinefrina]] (adrenalina) i la [[Biodegradació|degradació]] del [[triptòfan]] ([[aminoàcid]] [[aminoàcid aromàtica|aromàtic]]).
L'alteració de la membrana externa permet a les proteïnes sortir de l'espai intermembranós cap al [[citosol]] provocant la mort cel·lular.<ref name="Chipuk">{{ref-publicació | autor= Chipuk JE, Bouchier-Hayes L, Green DR | article= Mitochondrial outer membrane permeabilization during apoptosis: the innocent bystander scenario | publicació= Cell Death and Differentiation | data=2006 | volum=13 | pàgines= 1396–1402 | doi=10.1038/sj.cdd.4401963 }}</ref>
