Een transmembraaneiwit (Engels: transmembrane protein) is een membraan-gebonden eiwit dat de volledige lipide dubbellaag overspant. Meestal steekt daarbij een deel van de eiwitstructuur uit aan weerszijden van het membraan. Een transmembraaneiwit heeft een kenmerkende hydrofobe regio; dit is het deel dat zich in de lipide dubbellaag bevindt door interacties met de hydrofobe vetzuurstaarten van de lipidemoleculen.
Uit de aminozuursequentie is vaak af te lezen welke delen van een eiwitketen in de lipide dubbellaag zit. Wanneer een eiwit een segment van 20–30 aminozuren bevat die samen relatief hydrofoob zijn, is dit een aanwijzing dat dit eiwit waarschijnlijk in een membraan is ingebed. Op basis hiervan wordt geschat dat ongeveer 30% van de eiwitten in diverse organismen transmembraaneiwitten zijn.[1] Membraanreceptoren, ionkanalen en transporteiwitten zijn allemaal transmembraaneiwitten.