Microtubules zijn vezelige, holle staven die voornamelijk dienen om de te ondersteunen en vorm te geven cel. Ze fungeren ook als routes waarlangs organellen kan door het cytoplasma bewegen. Microtubuli worden meestal aangetroffen in alle eukaryote cellen en zijn een onderdeel van het cytoskelet, evenals trilharen en flagella. Microtubules zijn samengesteld uit het eiwit tubulin.
Microtubuli spelen een grote rol bij beweging binnen een cel. Ze vormen de spilvezels die chromosomen manipuleren en scheiden tijdens de mitose fase van de celcyclus. Voorbeelden van microtubule vezels die helpen bij celdeling zijn onder meer polaire vezels en kinetochore vezels.
Microtubules 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 tijdens celdeling rond elk paar centriolen vormen. Centriolen en asters helpen bij het organiseren van de assemblage van spilvezels die chromosomen verplaatsen tijdens celdeling. Dit zorgt ervoor dat elke dochtercel na mitose of meiose het juiste aantal chromosomen krijgt. Centriolen stellen ook cilia en flagella samen, die celbeweging mogelijk maken, zoals aangetoond in zaadcellen en cellen die de longen en het vrouwelijke voortplantingsstelsel bekleden.
Celbeweging wordt bereikt door de dis-assemblage en re-assemblage van actinefilamenten en microtubuli. Actinefilamenten of microfilamenten zijn vaste staafvezels die een onderdeel zijn van het cytoskelet. Motoreiwitten, zoals myosine, bewegen langs actinefilamenten en zorgen ervoor dat cytoskeletvezels naast elkaar glijden. Deze actie tussen microtubuli en eiwitten veroorzaakt celbeweging.