Struktur otot rangka sedikit berbeda dengan dua jenis otot utama lainnya, yaitu otot jantung dan otot polos. Juga disebut otot lurik, otot rangka memiliki penampilan bergaris karena dua protein yang tumpang tindih yang memungkinkan otot berkontraksi dengan cepat. Sel silinder memanjang, yang juga disebut serat otot, juga membentuk struktur otot rangka. Setiap sel otot rangka mengandung beberapa ratus nukleus, berbeda dengan nukleus tunggal yang ditemukan di sel-sel jenis otot lainnya. Serat otot memiliki membran serta filamen yang disebut miofibril, struktur yang sangat penting untuk fungsi kontraktilnya.
Tiga jenis jaringan otot, termasuk otot rangka, jantung, dan otot polos, membentuk sistem otot manusia. Otot rangka adalah jenis otot yang paling melimpah, karena menutupi dan memberikan gerakan ke seluruh kerangka tubuh manusia. Ini memiliki dua nama alternatif: otot lurik, karena penampilannya yang bergaris-garis, dan otot sukarela karena pikiran sadar dapat mengontrol tindakan mereka. Serat otot berkontraksi dengan cepat karena adanya miofibril, atau filamen kecil yang mengandung dua protein yang tumpang tindih yang disebut aktin dan miosin. Seperti yang terlihat di bawah mikroskop, pita gelap yang dibentuk oleh miosin tumpang tindih dengan pita terang yang dibentuk oleh aktin, menghasilkan tampilan struktur otot rangka yang bergaris.
Kontraksi otot sebagian besar dimungkinkan oleh reaksi kimia antara miosin dan aktin, dan dikendalikan oleh aksi ion kalsium dan dua protein lain yang bekerja sama yang disebut troponin dan tropomiosin. Ketika ion kalsium dilepaskan dari retikulum sarkoplasma otot rangka kemudian bergabung dengan troponin, terjadi reaksi kimia, dan dengan demikian terjadi kontraksi otot. Pelepasan ion kalsium memicu troponin untuk berubah posisi, menyebabkan tropomiosin terdorong menjauh, memberi jalan bagi miosin untuk dapat “mencapai” dan berinteraksi dengan aktin. Ketika ion kalsium tetap disimpan dalam retikulum sarkoplasma, tidak ada kontraksi otot yang terjadi dan dengan demikian otot dikatakan “beristirahat” atau dalam keadaan rileks.
Struktur otot rangka juga terdiri dari dua sistem membran yang disebut plasma atau membran sel dan retikulum sarkoplasma, yang keduanya terlibat dalam proses kontraksi. Setiap serat otot dikelilingi oleh membran sel, yang memiliki ekstensi seperti tabung yang disebut tubulus transversal. Transmisi impuls listrik yang mengaktifkan kontraksi terjadi melalui tubulus transversal yang memanjang jauh ke dalam serat otot. Sementara itu, retikulum sarkoplasma, yang terletak di dalam serat otot, melepaskan kalsium selama kontraksi otot dan menyimpan kalsium selama relaksasi otot. Pola khas yang disebut triad terbentuk karena retikulum sarkoplasma terletak sangat dekat dengan tubulus transversus.