Skeletspieren zijn samengesteld uit bundels langwerpige, cilindrische spiervezels. Elke spiervezel is een meerkernige cel die veel myofibrillen bevat, de contractiele elementen van de spier. Myofibrillen zijn samengesteld uit actine- en myosinefilamenten, die tijdens spiercontractie langs elkaar glijden. Het glijden van de filamenten wordt mogelijk gemaakt door de hydrolyse van adenosinetrifosfaat (ATP) door myosine.

Elke myofibril is omgeven door een membraan dat het sarcoplasmatisch reticulum wordt genoemd. Het sarcoplasmatisch reticulum slaat calciumionen op, die tijdens spiercontractie in de myofilamenten vrijkomen. Door het vrijkomen van calciumionen glijden de actine- en myosinefilamenten langs elkaar heen, wat resulteert in spiercontractie.

De gehele spiervezel is omgeven door een membraan dat het sarcolemma wordt genoemd. Het sarcolemma is verantwoordelijk voor het handhaven van de juiste ionische omgeving voor spiercontractie. Het bevat ook receptoren voor hormonen en neurotransmitters, die de spiercontractie reguleren.

Skeletspieren zijn door pezen aan de botten bevestigd. Pezen zijn samengesteld uit dicht bindweefsel dat de kracht van spiercontractie overbrengt op de botten.