Skelettmusklernas struktur skiljer sig något från de andra två huvudtyperna av muskler, hjärtmuskler och glatta muskler. Även kallad tvärstrimmig muskel, har skelettmuskeln ett randigt utseende på grund av två överlappande proteiner som gör att muskeln snabbt drar ihop sig. Avlånga cylindriska celler, som också kallas muskelfibrer, utgör också strukturen i skelettmusklerna. Varje skelettmuskelcell innehåller flera hundra kärnor, till skillnad från den enda kärnan som finns i cellerna i andra muskeltyper. Muskelfibrer har såväl membran som filament som kallas myofibriller, strukturer som är särskilt viktiga för deras kontraktila funktion.
Tre typer av muskelvävnad, inklusive skelett-, hjärt- och glatta muskler, utgör det mänskliga muskelsystemet. Skelettmuskler är den vanligaste muskeltypen, eftersom de täcker och ger rörelse till hela skelettet i människokroppen. Dessa har två alternativa namn: tvärstrimmiga muskler, på grund av deras tvärrandiga utseende, och frivilliga muskler eftersom det medvetna sinnet kan kontrollera deras handlingar. Muskelfibrer drar ihop sig snabbt på grund av närvaron av myofibriller, eller små filament som innehåller två överlappande proteiner som kallas aktin och myosin. Som sett under ett mikroskop överlappar mörka band som bildas av myosin ljusa band som bildas av aktin, vilket resulterar i det randiga utseendet på strukturen i skelettmusklerna.
Muskelsammandragning möjliggörs mestadels av den kemiska reaktionen mellan myosin och aktin, och kontrolleras av verkan av kalciumjoner och två andra proteiner som arbetar tillsammans kallas troponin och tropomyosin. När kalciumjoner frigörs från skelettmuskulaturens sarkoplasmatiska retikel sedan kombineras med troponin, uppstår en kemisk reaktion, och därmed muskelsammandragning. Frisättningen av kalciumjoner får troponinet att ändra position, vilket gör att tropomyosinet trycks undan, vilket gör plats för myosin att kunna ”nå” och interagera med aktin. När kalciumjoner förblir lagrade i det sarkoplasmatiska retikulumet sker ingen muskelkontraktion och därför sägs en muskel vara ”vilande” eller i ett avslappnat tillstånd.
Strukturen hos skelettmusklerna består också av två membransystem som kallas plasma- eller cellmembranet och det sarkoplasmatiska retikulum, som båda är involverade i sammandragningsprocessen. Varje muskelfiber omges av cellmembranet, som har rörliknande förlängningar som kallas tvärgående tubuli. Överföring av elektriska impulser som aktiverar kontraktion sker genom tvärgående tubuli som sträcker sig djupt in i muskelfibrerna. Samtidigt frigör det sarkoplasmatiska retikulumet, som ligger inuti muskelfibrerna, kalcium under muskelsammandragning och lagrar kalcium under muskelavslappning. Ett karakteristiskt mönster som kallas triad bildas eftersom det sarkoplasmatiska retikulumet är beläget mycket nära de tvärgående tubuli.