無論是內吞作用還是外排作用，一旦轉運囊泡識別靶膜並停泊在那裡之後，下一步即涉及到膜的融合過程，以卸掉膜泡內含物。正常情況下，細胞膜不能自發地融合，只有除去親水膜表面的水分子使膜之間的距離近至1.5nm，才有可能發生膜融合，顯然這是一種在能量上高度不利的過程，因此推測在細胞的內吞或外排過程中有某種膜融合蛋白（fusionprotein）參與催化，以克服質膜融合過程中的能量障礙。現在已鑑定多種胞質蛋白對膜泡融合是需要的，但仍不了解它們如何發揮作用。有兩種融合蛋白參與介導膜泡的融合過程較清楚：一種是N-乙基順丁烯二醯亞胺-敏感融合蛋白（Nethylmaleimide-sensitivefusionprotein，NSF），是一種ATP酶;另一種是可溶性NSF連線蛋白SNAPs。在囊泡停泊位點，SNAPs識別並結合囊泡膜上的受體v-SNARE和靶膜上受體t-SNARE，啟動融合複合物（fusioncomplex）的組裝，膜融合複合物催化囊泡與靶膜的融合。
