Mikrotubuli findet man in Kinozilien (Zilien), in Basalkörpern als Vorläufer der Zentriolen und in den Teilungsspindeln bei Mitose und Meiose. Außerdem sind sie am Aufbau von Geißeln, an Transportprozessen und der Aufrechterhaltung der Zellform bei Blutzellen (z.B. Thrombozyten) beteiligt.
Mikrotubuli sind aus Heterodimeren aufgebaut. Heterodimere bestehen aus zwei verschiedenen Untereinheiten, dem α- und dem β-Tubulin. Diese sind über Disulfidbrücken miteinander verbunden. Die α-Untereinheit eines Moleküls reagiert mit der β-Untereinheit eines weiteren Moleküls, wodurch kettenförmige , die Untereinheiten der Mikrotubuli, entstehen. Die Röhrenwand eines Mikrotubulus besteht aus Protofilamenten. In der Mitte befindet sich ein Hohlraum. Mikrotubuli sind , da sie an einem Ende eine freie α-Untereinheit (Minus-Ende) und am anderen Ende eine freie β-Untereinheit (Plus-Ende) aufweisen.