Mikrotubule so vlaknaste, votle palice, ki delujejo predvsem v podporo podpori in oblikovanju celica. Delujejo tudi kot poti, po katerih organele se lahko premikajo po celotni citoplazmi. Mikrotubule običajno najdemo v vseh evkariontskih celicah in so sestavni del citoskeleta, pa tudi cilije in flagele. Mikrotubuli so sestavljeni iz beljakovinskega tubulina.
Mikrotubuli igrajo veliko vlogo pri gibanju znotraj celice. Ti tvorijo vretenasta vlakna, ki manipulirajo in ločujejo kromosome med mitoza faza celični cikel. Primeri mikrotubulnih vlaken, ki pomagajo pri delitvi celic, vključujejo polarna vlakna in kinetohore vlakna.
Mikrotubuli tvorijo tudi celične strukture, imenovane centriole in astre. Obe strukturi najdemo v živalskih celicah, ne pa tudi v rastlinskih celicah. Centriole so sestavljene iz skupin mikrotubul, razporejenih v vzorcu 9 + 3. Astere so mikro zvezdaste strukture v obliki zvezde, ki se med delitvijo celic tvorijo okoli vsakega para centriolov. Centriole in asters pomagajo organizirati sestavljanje vretenastih vlaken, ki premikajo kromosome med celično delitvijo. To zagotavlja, da vsaka hčerinska celica po mitozi ali mejozi dobi pravilno število kromosomov. Centriole sestavljajo tudi cilija in flagele, ki omogočajo gibanje celic, kar je razvidno iz semenčic in celic, ki linijo pljuč in ženskega reproduktivnega trakta.
Premikanje celic dosežemo z razstavljanjem in ponovnim sestavljanjem aktinskih filamentov in mikrotubul. Aktinovi filamenti ali mikrofilamenti so trdna vlakna palice, ki so sestavni del citoskeleta. Motorni proteini, kot je miozin, se gibljejo vzdolž aktinskih filamentov in povzročajo drsanje citoskeletnih vlaken drug ob drugem. To delovanje med mikrotubuli in proteini povzroči gibanje celic.