膜间隙（英语：intermembrane space，简称IMS）是指线粒体或叶绿体的内膜与外膜之间的区域。

位于外膜的叫做孔蛋白的一类通道蛋白允许离子与小分子自由移动进入膜间隙。这对于与这些细胞器功能相关的溶质来说，并不意味着他们与胞质溶胶之间在本质上是连续的。驶往线粒体基质或组织基质的酶可以以运输的方式穿过线粒体膜间隙。线粒体中的移位酶有的在线粒体外膜上（TOM）有的在线粒体内膜上（TIM），叶绿体中的移位酶有的在外膜上（TOC）有的在内膜上（TIC）。在电子传递期间，因为质子梯度的缘故，膜间隙倾向于低pH，当质子从线粒体基质被泵入膜间隙时就会产生质子梯度。负责形成质子梯度的相应细胞结构包括了：辅酶Q、NADH-辅酶Q氧化还原酶复合体（复合体I）、琥珀酸盐-辅酶Q氧化还原酶复合体（复合体II）与辅酶Q-细胞色素c氧化还原酶复合体（复合体III）。

线粒体膜间隙（英语：Intermembrane space of mitochondria）也称为“线粒体膜间间隙”，是线粒体外膜与线粒体内膜之间的空隙，宽约6-8nm，其中充满无定形液体。由于线粒体外膜含有孔蛋白，通透性较高，而线粒体内膜通透性较低，所以线粒体膜间隙内容物的组成与细胞质基质十分接近，含有众多生化反应底物、可溶性的酶和辅助因子等。由于蛋白质不能穿过孔蛋白，所以它们必须以一段特定的信号序列以供识别并转运进膜间隙，细胞色素c正是以这种方式进入膜间隙的。线粒体膜间隙中还含有比细胞质基质中浓度更高的腺苷酸激酶、单磷酸激酶和二磷酸激酶等激酶，其中腺苷酸激酶是线粒体膜间隙的标志酶，它可以催化膜间隙中三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，简称“ATP”）分子末端的磷酸基团转移到单磷酸腺苷（adenosine monophosphate，简称“AMP”）分子上，生成两分子的二磷酸腺苷 （adenosine diphosphate，简称“ADP”）。

叶绿体的膜间隙异常狭小，只有10-20 nm厚。膜间隙的主要功能是进行氧化磷酸化。

线粒体膜间隙（英语：Intermembrane space of） 分子的二磷酸腺苷 （adenosine diphosphate，简称“ADP”）。

线粒体膜间隙中存在的蛋白质称为“线粒体膜间隙蛋白质”，这些蛋白质全部在细胞质基质中合成。有研究指出，线粒体膜间隙蛋白质在诱导癌细胞凋亡中具有重要作用