平滑肌纖維表面為肌膜，肌膜向下凹陷形成數量眾多的小凹（caveola）。這些小凹相當于橫紋肌的橫小管。肌漿網發育很差，呈小管狀，位于肌膜下與小凹相鄰近。核兩端的肌漿內含有線粒體、高爾基復合體和少量粗面內質網以及較多的游離核糖體，偶見脂滴。平滑肌的細胞骨架系統比較發達，主要由密斑、密體和中間絲組成。密斑和密體都是電子致密的小體，但分布的部位不同。密斑（dense patch）位于肌膜的內面，主要是平滑肌細肌絲的附著點。密體（dense body）位于細胞質內，為梭形小體，排成長鏈，它是細肌絲和中間絲的共同附著點。一般認為密體相當于橫紋肌的Z線。相鄰的密體之間由直徑10nm的中間絲相連，構成平滑肌的菱形網架，在細胞內起著支架作用。細胞周邊部的肌漿中，主要含有粗、細兩種肌絲。細肌絲直徑約5nm，呈花瓣狀環繞在粗肌絲周圍。粗、細肌絲的數量比約為1：12～30。粗肌絲直徑8～16nm，均勻分布于細肌絲之間。由于肌球蛋白分子的排列不同于橫紋肌，粗肌絲上沒有M線及其兩側的光滑部分。粗肌絲呈圓柱形，表面有縱行排列的橫橋，但相鄰的兩行橫橋的擺動方向恰恰相反。若干條粗肌絲和細肌絲聚集形成肌絲單位，又稱收縮單位（contractile unit）。相鄰的平滑肌纖維之間在有縫隙連接，便于化學信息和神經沖動的溝通，有利于眾多平滑肌纖維同時收縮而形成功能整體。