Früher als Sarkostile bekannt, sind Myofibrillen lange, gebündelte Zytoskelettröhren, die sich entlang der gestreiften Muskelfasern erstrecken. Wie alle Zytoskeletts funktionieren Myofibrillen bei der zellulären Unterstützung, Bewegung und beim intrazellulären Transport. Um diesen Zweck zu erleichtern, bestehen sie aus langen Ketten regelmäßiger, sich wiederholender Einheiten, die als Sarkomere bekannt sind. Diese Einheiten beherbergen den kontraktilen Apparat der Zelle. Zwei Mikrofilamente, die hauptsächlich aus Aktin und Myosin bestehen, interagieren in den Sarkomeren, um eine Zellkontraktion zu erzeugen, wodurch die Bewegung der Zelle, des Muskels und des gesamten Organismus ermöglicht wird.
Die beiden Mikrofilamente, aus denen die Myofibrille besteht, werden im Allgemeinen als dicke und dünne Filamente bezeichnet. Dicke Filamente bestehen hauptsächlich aus Myosinprotein und befinden sich nahe dem Zentrum des Sarkomers. Dünne Filamente bestehen aus drei Proteinen, vor allem Aktin, und sitzen an den äußeren Rändern des Sarkomers. Die Grenze zwischen Sarkomeren ist als Z-Linie bekannt, ein dunkles Materialband, das als Basis für die dünnen Filamente dient.
Muskelzellen selbst sind in vielerlei Hinsicht analog zu anderen Zellen, ihre erhöhte Größe und ihr hoher Spezialisierungsgrad führen jedoch dazu, dass viele ihrer Attribute Muskelzellen spezifische Namen erhalten. Dies beinhaltet normalerweise die Verwendung des Präfixes ’sarco-‚. Das Zytoplasma einer Muskelzelle wird daher zum Sarkoplasma; das endoplasmatische Retikulum ist als sarkoplasmatisches Retikulum bekannt; und die Zellmembran wird oft als Sarkolemma bezeichnet.
Myofibrillen befinden sich im Sarkoplasma und nehmen typischerweise den größten Teil des Raums innerhalb der Muskelzelle ein. Parallel zu den Myofibrillen verlaufen Einfaltungen von Sarkolemmen, die als Quertubuli oder T-Tubuli bekannt sind. Diese internen Kanäle stellen in erster Linie einen Weg für Neuronen bereit. Auf den gleichen Wegen wie andere Strukturen innerhalb der Zelle verläuft eine spezialisierte Organelle, die als sarkoplasmatisches Retikulum bekannt ist, entlang der T-Tubuli. Das sarkoplasmatische Retikulum dient als Speichersystem für Calciumionen.
Wenn ein T-Tubulus ein elektrisches Signal, ein sogenanntes Aktionspotential, in die Muskelfaser überträgt, reagiert das sarkoplasmatische Retikulum mit der Freisetzung von Kalziumionen in das Sarkoplasma. Sobald sie sich frei durch das Sarkoplasma bewegen, können die Calciumionen an spezialisierte Strukturen der Aktin- und Myosinproteine innerhalb der Myofibrillen binden. Dabei ziehen sie die dünnen Filamente zur Mitte des Sarkomers, wodurch die gesamte Einheit effektiv verkürzt wird. Dieser Vorgang wird als Gleitfilamentmodell der Muskelkontraktion bezeichnet.