Microtubuli zijn vezelige, holle staven die voornamelijk dienen om de cel te ondersteunen en te vormen. Ze fungeren ook als routes waarlangs organellen door het cytoplasma kunnen bewegen. Microtubuli worden meestal gevonden in alle eukaryotische cellen en zijn een onderdeel van het cytoskelet, evenals cilia en flagella. Microtubuli zijn samengesteld uit het eiwit tubuline.
Microtubuli spelen een grote rol in beweging binnen een cel. Ze vormen de spilvezels die chromosomen manipuleren en scheiden tijdens de mitosefase van de celcyclus. Voorbeelden van microtubule vezels die helpen bij celdeling omvatten polaire vezels en kinetochore vezels.
Microtubuli vormen ook celstructuren die centriolen en asters worden genoemd. Beide structuren worden gevonden in dierlijke cellen, maar niet in plantencellen. Centriolen zijn samengesteld uit groepen microtubuli gerangschikt in een 9 + 3-patroon. Asters zijn stervormige microtubulusstructuren die zich rond elk paar centriolen vormen tijdens celdeling. Centriolen en asters helpen bij het organiseren van de assemblage van spilvezels die chromosomen verplaatsen tijdens celdeling. Dit zorgt ervoor dat elke dochtercel het juiste aantal chromosomen krijgt na mitose of meiose. Centriolen stellen ook cilia en flagella samen, die celbeweging mogelijk maken, zoals aangetoond in spermacellen en cellen die de longen en het vrouwelijke voortplantingskanaal bekleden.
Celbeweging wordt bewerkstelligd door het demonteren en opnieuw assembleren van actinefilamenten en microtubuli. Actin filamenten, of microfilamenten, zijn vaste staafvezels die een component van het cytoskelet zijn. Motorische eiwitten, zoals myosine, bewegen langs actinefilamenten en zorgen ervoor dat cytoskeletvezels naast elkaar glijden. Deze actie tussen microtubuli en eiwitten veroorzaakt celbeweging.