La structure des muscles squelettiques est légèrement différente des deux autres principaux types de muscles, les muscles cardiaques et lisses. Aussi appelé muscle strié, le muscle squelettique a un aspect rayé en raison de deux protéines qui se chevauchent qui permettent au muscle de se contracter rapidement. Les cellules cylindriques allongées, également appelées fibres musculaires, constituent également la structure des muscles squelettiques. Chaque cellule musculaire squelettique contient plusieurs centaines de noyaux, par opposition au noyau unique trouvé dans les cellules d’autres types de muscles. Les fibres musculaires possèdent des membranes ainsi que des filaments appelés myofibrilles, des structures particulièrement importantes pour leur fonction contractile.
Trois types de tissus musculaires, dont les muscles squelettiques, cardiaques et lisses, constituent le système musculaire humain. Les muscles squelettiques sont le type de muscle le plus abondant, car ils recouvrent et assurent le mouvement de l’ensemble du squelette du corps humain. Ceux-ci ont deux noms alternatifs : les muscles striés, en raison de leur apparence à rayures croisées, et les muscles volontaires parce que l’esprit conscient peut contrôler leurs actions. Les fibres musculaires se contractent rapidement en raison de la présence de myofibrilles, ou de minuscules filaments contenant deux protéines superposées appelées actine et myosine. Comme on le voit au microscope, les bandes sombres formées par la myosine chevauchent les bandes claires formées par l’actine, ce qui donne l’apparence rayée de la structure des muscles squelettiques.
La contraction musculaire est rendue possible principalement par la réaction chimique entre la myosine et l’actine, et contrôlée par l’action des ions calcium et de deux autres protéines qui travaillent ensemble appelées troponine et tropomyosine. Lorsque les ions calcium sont libérés du réticulum sarcoplasmique des muscles squelettiques puis se combinent avec la troponine, une réaction chimique, et donc une contraction musculaire, se produit. La libération d’ions calcium déclenche le changement de position de la troponine, ce qui entraîne le déplacement de la tropomyosine, permettant à la myosine d'”atteindre” et d’interagir avec l’actine. Lorsque les ions calcium restent stockés dans le réticulum sarcoplasmique, aucune contraction musculaire ne se produit et donc un muscle est dit « au repos » ou dans un état détendu.
La structure des muscles squelettiques se compose également de deux systèmes membranaires appelés membrane plasmique ou cellulaire et le réticulum sarcoplasmique, qui sont tous deux impliqués dans le processus de contraction. Chaque fibre musculaire est entourée par la membrane cellulaire, qui a des extensions tubulaires appelées tubules transversaux. La transmission des impulsions électriques qui activent la contraction se fait par des tubules transversaux qui s’étendent profondément dans les fibres musculaires. Pendant ce temps, le réticulum sarcoplasmique, situé à l’intérieur des fibres musculaires, libère du calcium lors de la contraction musculaire et stocke du calcium lors de la relaxation musculaire. Un motif caractéristique appelé triade se forme car le réticulum sarcoplasmique est situé très près des tubules transversaux.