膜間隙、膜間腔（英語：intermembrane space，簡稱IMS）是指線粒體、葉綠體、細胞核[1]的內膜與外膜之間的區域。膜間隙的主要功能是進行氧化磷酸化。
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位於外膜的叫做孔蛋白的一類通道蛋白允許離子與小分子自由移動進入膜間隙。這對於與這些細胞器功能相關的溶質來說，並不意味着他們與胞質溶膠之間在本質上是連續的。駛往線粒體基質或組織基質的酶可以以運輸的方式穿過線粒體膜間隙。線粒體中的移位酶有的在線粒體外膜上（TOM）有的在線粒體內膜上（TIM，葉綠體中的移位酶有的在外膜上（TOC）有的在內膜上（TIC）。在電子傳遞期間，因為質子梯度的緣故，膜間隙傾向於低pH，當質子從線粒體基質被泵入膜間隙時就會產生質子梯度。負責形成質子梯度的相應細胞結構包括了：輔酶Q、NADH-輔酶Q氧化還原酶複合體（複合體I）、琥珀酸鹽-輔酶Q氧化還原酶複合體（複合體II）與輔酶Q-細胞色素c氧化還原酶複合體（複合體III）。
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因為線粒體外膜具有通道，膜間隙的內容物與胞漿的內容物很相似。
葉綠體的膜間隙異常狹小，只有10-20nm厚。
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