電鏡下朗格罕斯細胞不含角蛋白絲及黑素小體，無橋粒結構，最重要的特點是胞質中有特征性的Birbeck顆粒(又稱朗格罕斯顆粒)。細胞呈現代謝活躍的細胞結構特點，如胞核呈分葉狀或彎曲，有較多的線粒體、發達的高爾基復合體、內質網，并有溶酶體。細胞有吞噬作用，但吞噬能力比巨噬細胞弱。
以2 000倍左右的條件觀察，由于胞質中無角蛋白絲而顯透明，與黑素細胞一樣較易發現，但朗格罕斯細胞位于表皮中上部的棘細胞之間。以20 000倍以上的條件觀察即可發現Birbeck顆粒。Birbeck顆粒多位于胞核凹陷附近的胞質內，長約150～300nm，寬約40 nm，呈桿狀，中央有一細絲，其上有約6 nm的周期性橫紋，有時可見桿的一端有突出的球形泡，呈現網球拍樣的結構。目前認為Birbeck顆粒是朗格罕斯細胞吞噬外來抗原時胞質膜內陷形成，是一種消化細胞外物質的吞噬體或抗原貯存形式。