通过紧密连接构建细胞间无缝闭合结构，有效阻隔外界微生物、化学刺激及防止机体水分流失，典型的如皮肤角化上皮。
特化的上皮细胞具有微绒毛结构以增加吸收面积（如肠道上皮），或具有腺样分泌功能（如汗腺、消化腺上皮），承担分泌任务与营养物质、离子、气体的跨膜转运。
上皮细胞可表达多种免疫相关分子（如MHC I/II、TLR等），分泌细胞因子（如TSLP、IL-33），并直接参与先天免疫应答，是黏膜免疫防御的重要前哨。
除了上述功能外，上皮细胞还在组织修复与再生中扮演关键角色。当机体受到损伤时，基底层的干细胞迅速增殖分化，迁移至受损区域，重新形成完整的屏障结构。例如，皮肤创伤后，角质形成细胞通过整合素介导的黏附作用，逐步覆盖创面，同时分泌生长因子（如EGF、TGF-β）促进胶原沉积与血管新生，实现功能性修复。
此外，上皮细胞的代谢调控功能日益受到关注。肠道上皮细胞通过感知营养物质变化调节酶活性，如乳糖酶的表达受饮食成分直接调控；而肾小管上皮则通过钠-葡萄糖共转运体（SGLT）精确调控血糖平衡。近年研究发现，某些上皮细胞（如肺泡Ⅱ型细胞）还能合成表面活性物质，降低肺泡表面张力，这一功能对维持呼吸效率至关重要。
更引人注目的是其感觉转导功能，味蕾中的味觉细胞如同分子天线，能将化学信号转化为神经电脉冲；而呼吸道纤毛上皮则像精密的除尘系统，通过协调的纤毛摆动形成定向"黏液输送带"。从分子层面看，这些功能多样性源于基因表达的时空特异性调控，各种细胞连接蛋白如紧密连接蛋白（claudins）、桥粒蛋白（desmoplakin）等构成精密的"细胞间焊接点"，使上皮组织既能维持结构完整性，又可实现功能分区化。这种功能多元化不仅体现了进化过程中"一专多能"的生存策略，更为组织工程和再生医学提供了天然的功能模块蓝图。
