מיקרוטובולים המרכיבים העבים ביותר של השלד התאי בתאים, הם מבנים חלולים המורכבים מזוגות של חלבונים כדוריים, אלפא-טובולין ובטא-טובולין. הטרודימרים אלה יוצרים שורות ישרות הנקראות פרוטופילמנטים, בעלי קוטביות מבנית, כלומר, כל מערך מסודר להכיל קצוות פלוס ומינוס. בקצה הפלוס שבו חשופים בטא-טובולינים, מתווספים דימרים.לעומת זאת, בקצה המינוס שבו אלפא-טובולינים מכוונים כלפי חוץ, מתרחש ניתוק. עם זאת, במקרים אחרים, מיקרוטובולים מבטיחים יציבות על-ידי קישור ישיר עם חלבונים שונים, כגון חלבונים הקושרים מיקרוטובולים. בנוסף, הקוטביות שלהם מאפשרת תנועה כיוונית בתוך הציטופלזמה, כפי שקורה עם דינאין וקינזין, חלבונים מוטוריים אשר מובילים ביעילות משאים שונים כמו שלפוחיות.מיקרוטובולים הם גם מרכיבי מפתח של ריסונים ושוטונים, שהם הרחבות מתמחות המעבירות נוזל על פני השטח של תאים נייחים ומתפקדים כמדחפים בתאים אחרים, על-ידי הזזתם ברחבי הסביבות שלהם. בסופו של דבר, בין אם הם מעורבים בהפרדה כרומוזומלית במהלך התפצלות התא, או בהובלת שלפוחיות במוח, או בהוצאת פסולת מתוך הריאות, מיקרוטובולים הם חיוניים לצמיחה והתפתחות, לכוח ותמיכה מבניים, ולתנועתיות להם התאים זקוקים.