Als Myofibrillen werden die lichtmikroskopisch erkennbaren kontraktilen Elemente der quergestreiften Muskulatur bezeichnet (Durchmesser 1-2 µm). Sie bestehen aus zusammengelagerten Gruppen Aktin- und Myosinfilamenten. In einer Skelettmuskelfaser sind die Fibrillen parallel angeordnet und durchziehen sie in ganzer Länge. Mit ihren Enden sind sie im Sarkolemm verankert. Jede Myofibrille besteht aus hintereinander liegenden Sarkomeren, die in den parallelen Fibrillen alle auf einer Höhe liegen. Dadurch erscheinen die Muskelfasern im Längsschnitt quergestreift. Im Querschnitt stellen die Myofibrillen punktförmige Strukturen dar. Zusammen mit den bei der Präparation artifiziell entstehenden Spalträumen zwischen den Muskelfasern entsteht das typische schollenartige Bild (Cohnheim-Felderung). Zwischen den Myofibrillen liegen Zellorganellen und Zelleinschlüsse wie Lipidtropfen und Glykogenpartikel.

Zellorganellen, die in fast allen Zellen vorkommen (Ausnahme Erythrozyten). Sie sind rund oder oval mit einem Durchmesser von circa 0,5μm und einer Länge von 10 bis 50μm; sie dienen der oxidativen Gewinnung von energiereichen Verbindungen. Sie besitzen eine äußere glatte Membran und eine innerere, durch Invaginationen stark vergrößerte Membran. Nach der Morphologie der Invaginationen unterscheidet man Mitochondrien vom Crista-, Tubulus-, Tubulus-Sacculus- oder Prismen-Typ. Letztere kommen vereinzelt in Astrozyten vor, der Tubulus- und Sacculus-Typ ist charakteristisch für Steroidhormon produzierende Zellen. Die innere Membran ist sehr proteinreich, hier liegen die Enzymkomplexe der Atmungskette und die ATP-Synthase. Die innere Membran begrenzt die mitochondriale Matrix, die unter anderem Enzyme des Zitratzyklus und der β-Oxidation enthält.

Transversale Tubuli; die T-Tubuli stellen regelmäßige quer zur Längsachse verlaufende Einstülpungen des Sarkolemms dar, die über Querverbindungen anastomosieren und die komplette Muskelfaser durchqueren. in der Skelettmuskulatur sind ihnen links und rechts terminale Zisternen des glatten endoplasmatischen Retikulums benachbart, mit denen sie zusammen jeweils eine Triade bilden. In der quergestreiften Herzmuskulatur sind die Zisternen des sarkoplasmatischen Retikulums kleiner, und nur eine Zisterne ist jeweils einem T-Tubulus benachbart. Dadurch entstehen keine Triaden, sondern man spricht von Dyaden. Die Zisternen und die T-Tubuli sind über Proteinkomplexe (= Triadenfüßchen/Dyadenfüßchen), die einen Zellmembranrezeptor am T-Tubulus (= Dihydropyridinrezeptor) und einen ihm direkt benachbarten Rezeptor an der Zisterne des glatten ER (= Ryanodinrezeptor) bilden, verbunden. Die T-Tubuli ermöglichen die Ausbreitung des Aktionspotentials bis in die Tiefe der Muskelfasern. Durch Änderungen des Membranpotentials kommt es zuerst zu einer Konformationsänderung des Dihydropyridinrezeptors und dann des Ryanodinrezeptors, was eine Freisetzung von Kalziumionen aus dem sarkoplasmatischen Retikulum zur Folge hat. Die Füßchenkontakte (auch junktionale Füßchen bezeichnet) sind somit für die elektromechanische Kopplung verantwortlich und ermöglichen durch die Erhöhung der intrazellulären Kalziumkonzentration die Kontraktion der Myofibrillen.

Auch als L-(longitudinales) System bezeichnetes glattes endoplasmatisches Retikulum der Skelettmuskelfaser, das jede Myofibrille netzartig umgibt. Es dient der Speicherung von Kalziumionen, diese werden bei einer Depolarisation der Muskelfaser aus dem sarkoplasmatischem Reticulum ins Zytoplasma abgegeben und leiten die Kontraktion ein. Besonders wichtig ist die Speicherung von Ca-Ionen. Die Calcium-Speicherung ist an die Aktivität von Ca-Pumpen, der sogenannten SERCA (smooth ER Ca2+-ATPase), gebunden, die unter ATP-Verbrauch Calcium aus dem Zytosol ins Lumen des ER transportieren. Das sarkoplasmatische Retikulum der glatten Muskulatur besitzt Rezeptoren für Inositoltriphosphat (IP3), einem second messenger. Bindet IP3 an diesen Rezeptor, kommt es zur Freisetzung von Ca-Ionen ins Zytosol. In quergestreifter Skelettmuskelfasern wird die Freisetzung ebenfalls über einen Rezeptor des ER, den Ryanodinrezeptor, gesteuert.