Son los principales componentes del citoesqueleto de las células eucariotas, y pueden encontrarse dispersos por el citoplasma, o formando estructuras estables como cilios, flagelos o centriolos. Se trata de estructuras muy dinámicas que pueden formarse y destruirse según las necesidades de la célula.

Están constituidos por moléculas de tubulina, que son dímeros compuestos por a-tubulina y b-tubulina. Los dímeros se unen para formar un protofilamento, y cada microtúbulo consta de 13 protofilamentos paralelos que forman un cilindro.

Constan de un extremo positivo, de crecimiento rápido, y de un extremo negativo, que debe estabilizarse o de lo contrario hará que se acorte el microtúbulo; el extremo negativo se estabiliza al quedar embebido en el centrosoma, por lo que se considera a éste como el centro organizador de los microtúbulos (COMT).

Entre las principales funciones de los microtúbulos se encuentran:

• brindan rigidez y conservan la forma celular
  
• regulan el movimiento intracelular de organelas y vesículas
  
• contribuyen a formar los compartimentos intracelulares
  
• constituyen el huso mitótico, responsable de organizar el movimiento de los cromosomas durante la división celular
  
• distribuyen el retículo endoplásmico y aparato de Golgi en los lugares apropiados
  
• son los elementos estructurales y generadores del movimiento de cilios y flagelos

El centrosoma o centro celular es una zona del citoplasma situada generalmente junto al núcleo, y a menudo rodeada por el aparato de Golgi.

Contiene un par de centriolos denominados en conjunto diplosoma, cuyo citoplasma circundante posee mayor densidad electrónica. Cada centriolo consta de nueve tripletes de microtúbulos dispuestos en forma cilíndrica, y los dos centriolos de cada diplosoma se disponen entre sí con sus ejes longitudinales en ángulo recto, sin que se sepa muy bien el significado de esta disposición.

Los centriolos son estructuras microtubulares altamente especializadas, y el centriolo actúa como el centro organizador del crecimiento de los microtúbulos del citoesqueleto que se irradian a partir del mismo mediante una disposición estrellada llamada áster.