Chez les mammifères, la membrane vitelline est formée par les cellules folliculaires qui entourent l'ovocyte dans le follicule ovarien. Lorsque l'ovule est libéré de l'ovaire lors de l'ovulation, il est entouré par cette membrane. La membrane vitelline joue plusieurs rôles importants, notamment la protection de l'ovule, la régulation de la fécondation et la formation des premières barrières embryonnaires. Après la fécondation, la membrane vitelline aide à prévenir la polyspermie, c'est-à-dire la fécondation par plus d'un spermatozoïde. Une fois qu'un spermatozoïde a pénétré dans l'ovule, la membrane vitelline subit une réaction qui la rend imperméable aux autres spermatozoïdes. 

Chez d'autres organismes, comme les poissons, les amphibiens et les oiseaux, la membrane vitelline peut avoir des compositions et des fonctions différentes, mais elle reste généralement une structure importante pour la protection et la régulation du développement embryonnaire.