纤毛和鞭毛都含有一个规则排列的由微管相互连接形成的骨架,称为轴丝(axoneme)。轴丝的外面由膜包裹。组成轴丝的微管呈规律性排列，即9组二联管在周围成等距离地排列成一圈,中央有两根单个的微管,成为"9+2"的微管形式。中央的两个微管之间由细丝相连,外包有中央鞘。周围的9组二联管,近中央的一根称为A管,另一条为B管。

　　A管上有两个短臂长约15nm,粗约5nm,两个短臂之间的间隔约24nm。外臂指向邻近一对微管的B微管,组成臂的成分是动力蛋白。纤毛的动力蛋白是一种多亚基的ATP酶,能为Ca2+、Mg2+所激活。

　　中央微管和A管是完全微管,由13条原纤维组成。B微管只有10条原纤维,有3条是同A微管共用的，故每组周围微管的原纤维共有23条。在两个相邻二联管之间有微管连丝蛋白(nexin)将相邻微管二联体结合在一起。另外,每个二联管的A管上有放射辐条(radialspoke)与中央微管鞘相连。

　　纤毛中的微管排列并不始终如一,在纤毛顶部每组微管逐渐减为一条,达到顶端时,它们就相互融合。每一纤毛的基部起始于细胞浅表部的基体(basalbody),基体的结构与中心粒相同,它缺少两根中央微管,而周围9组是三联管。