Mikrotubuli sind röhrenförmig mit einem Durchmesser von ca. 25 nm.

Sie sind aus vielen identischen Untereinheiten zusammengesetzt: Tubulin. Das Tubulin ist selbst ein Dimer aus α- und ß-Tubulin.

Tubulin ist in 13 Längsreihen um das hohle Innere des Mikrotubulus angeordnet. Die Längsreihen heißen Protofilamente. Die Tubuline benachbarter Protofilamente sind schwach gegeneinander versetzt, wodurch eine schraubenartige Struktur entsteht.

Die Enden eines Mikrotubulus erhalten durch die Ausrichtung von α- und ß-Tubulin unterschiedliche Eigenschaften; es entsteht ein + und ein – Ende.

Mikrotubuli unterliegen einem ständigen Auf- und Abbau, wobei die + Enden schneller wachsen als die – Enden. Prinzipiell können aber beide Enden zwischen Wachsen und Schrumpfen wählen.

An der OF des Zellkerns und in Teilen des corticalen Cytoplasma kann man Mikrotubuli-Organisationszentren finden. Von diesen Zentren geht der Zusammenbau von Tubulin zu Mikrotubuli aus.