Ökaryotik hücrelerde üç tür hücre iskeleti yapısı vardır — mikrofilamentler, ara filamentler ve mikrotübüller. Yaklaşık 25 nm çapa sahip mikrotübüller, bu liflerin en kalınlarıdır. Mikrotübüller, hücre yapısı ve desteği, organellerin taşınması, hücre hareketliliği (hareketi) ve hücre bölünmesi sırasında kromozomların ayrılmasını içeren çeşitli işlevleri yerine getirir.

Mikrotübüller, globüler tübülin proteinlerinden oluşan duvarlara sahip içi boş tüplerdir. Her tübülin molekülü, bir α—tubulin alt birimi ve bir β—tubulin alt biriminden oluşan bir heterodimerdir. Dimerler, protofilament adı verilen doğrusal sıralar halinde düzenlenmiştir. Bir mikrotübül genellikle yan yana dizilmiş ve içi boş çekirdek etrafına sarılmış 13 protofilamentten oluşur.

Bu düzenleme nedeniyle, mikrotübüller polardır, yani farklı uçları vardır. Artı uçta β—tübülin açığa çıkarılmıştır ve eksi uçta α—tübülin açığa çıkarılmıştır. Mikrotübüller hızla bir araya getirilebilir — tübülin moleküllerinin polimerizasyonu boyunca büyür — ve ayrılabilir. İki uç bu konuda farklı davranır. Artı uç, tipik olarak hızlı büyüyen uç veya tübülinin eklendiği uçtur ve eksi uç, tübülinin ayrıştığı uç veya yavaş büyüyen uçtur — duruma bağlı olarak.

Mikrotübüllerin hızla büyüdüğü ve küçüldüğü bu dinamik kararsızlık süreci, hücre bölünmesi sırasında hücre iskeletinin yeniden şekillenmesi ve aksonların büyüyen nöronlardan uzatılması gibi işlevler için önemlidir.

Mikrotübüller ayrıca hücrenin şeklini korumasına yardımcı olan mikrotübül ile ilişkili proteinlere bağlanarak stabil olabilir. Motor proteinleri olarak adlandırılan diğer proteinler, organelleri belirli bir yönde taşımak için mikrotübüllerle etkileşime girebilir. Örneğin, birçok nörotransmiter, bir nöronun hücre gövdesindeki veziküller halinde paketlenir ve daha sonra vezikülleri ihtiyaç duyuldukları yere ulaştıran mikrotübüllerin bir “yolu” boyunca akson boyunca taşınır. Son olarak, mikrotübüller hücrenin dışına da çıkabilir — (sperm gibi) hücreleri itmek veya sıvıyı akciğerler gibi yüzeyleri boyunca hareket ettirmek için hareketli ipliksi flagella ve kirpikleri oluşturur.