Warstwa S (ang. surface layer) – część otoczki komórkowej występującej u prawie wszystkich archeonów, a także u wielu rodzajów bakterii. Proces powstawania tej struktury jest samodzielny (samorzutny), w takim sensie, że nieuporządkowany system wcześniej istniejących elementów tworzy zorganizowaną strukturę w wyniku specyficznych lokalnych interakcji między samymi elementami, bez zewnętrznego kierunku.
U archeonów warstwa S może stanowić jedyną ścianę, u bakterii pokrywa ścianę komórkową: u Gram-dodatnich przylega do peptydoglikanu, a u Gram-ujemnych do lipopolisacharydu błony zewnętrznej. Istnieją mikroorganizmy z dwoma warstwami S zbudowanymi z różnych białek.
Białka warstwy S obejmują całą powierzchnię komórki i w ten sposób mogą stanowić do 15% całej zawartości białek w komórce. Są słabo chronione lub nie są chronione w ogóle i mogą znacznie różnić się nawet pomiędzy spokrewnionymi gatunkami. W większości z nich można wyróżnić dwa rejony: odpowiadający za połączenie ze ścianą komórkową oraz samodzielną organizację białek w warstwę.
Pierwsze dowody na obecność "monowarstwy makromolekuł" (macromolecular monolayer) we fragmencie ściany komórkowej bakterii Spirillum sp. przedstawiono w pracy Houwink 1953.