平滑肌纤维的光镜结构，平滑肌纤维呈长梭形，细胞中央有一个杆状或椭圆形的核，常呈扭曲状，胞质嗜酸性，无横纹。平滑肌纤维一般长200μm，直径8μm，但大小不均，如小血管壁上的平滑肌纤维短至20μm，妊娠末期的子宫平滑肌纤维可长达500μm。
平滑肌纤维的超微结构，平滑肌细胞内无肌原纤维，可见大量密斑、密体、中间丝、细肌丝和粗肌丝。密斑和密体的电子密度较高，前者位于肌膜下，后者位于肌质中，为梭形小体。中间丝由结蛋白构成，直径10nm，连接于密斑、密体之间，形成梭形的细胞骨架。
粗、细肌丝的数量比约为1：12，细肌丝主要由肌动蛋白组成，一端附着于密斑或密体，另一端游离，环绕在粗肌丝周围。粗肌丝由肌球蛋白构成，呈圆柱状，表面有成行排列的横桥，相邻的两行横桥屈动方向相反。若干条粗肌丝和细肌丝聚集形成肌丝单位，又称收缩单位。