Struktura mięśni szkieletowych różni się nieco od pozostałych dwóch głównych typów mięśni, mięśnia sercowego i mięśni gładkich. Nazywany również mięśniem prążkowanym, mięsień szkieletowy ma wygląd paskowany z powodu dwóch nakładających się białek, które umożliwiają szybkie kurczenie się mięśnia. Wydłużone cylindryczne komórki, zwane również włóknami mięśniowymi, również tworzą strukturę mięśni szkieletowych. Każda komórka mięśnia szkieletowego zawiera kilkaset jąder, w przeciwieństwie do pojedynczego jądra występującego w komórkach innych typów mięśni. Włókna mięśniowe mają błony, a także włókna zwane miofibrylami, struktury, które są szczególnie ważne dla ich funkcji skurczowej.
Na układ mięśniowy człowieka składają się trzy rodzaje tkanki mięśniowej, w tym mięśnie szkieletowe, sercowe i gładkie. Mięśnie szkieletowe są najliczniejszym rodzajem mięśni, ponieważ obejmują i zapewniają ruch całemu szkieletowi ludzkiego ciała. Mają one dwie alternatywne nazwy: mięśnie prążkowane, ze względu na ich prążkowany wygląd, oraz mięśnie dobrowolne, ponieważ świadomy umysł może kontrolować ich działania. Włókna mięśniowe kurczą się szybko z powodu obecności miofibryli, czyli drobnych włókien, które zawierają dwa nakładające się na siebie białka zwane aktyną i miozyną. Jak widać pod mikroskopem, ciemne pasma utworzone przez miozynę nakładają się na jasne pasma utworzone przez aktynę, co skutkuje prążkowanym wyglądem struktury mięśni szkieletowych.
Skurcz mięśni jest możliwy głównie dzięki reakcji chemicznej między miozyną i aktyną i jest kontrolowany przez działanie jonów wapnia i dwóch innych białek, które współpracują ze sobą, zwanych troponiną i tropomiozyną. Kiedy jony wapnia są uwalniane z siateczki sarkoplazmatycznej mięśni szkieletowych, a następnie łączą się z troponiną, następuje reakcja chemiczna, a tym samym skurcz mięśni. Uwalnianie jonów wapnia powoduje zmianę położenia troponiny, powodując odpychanie tropomiozyny, dzięki czemu miozyna może „sięgnąć” i wchodzić w interakcje z aktyną. Kiedy jony wapnia pozostają zgromadzone w siateczce sarkoplazmatycznej, nie dochodzi do skurczu mięśni, a zatem mówi się, że mięsień „odpoczywa” lub jest w stanie zrelaksowanym.
Struktura mięśni szkieletowych składa się również z dwóch systemów błonowych, zwanych błoną plazmatyczną lub komórkową oraz siateczką sarkoplazmatyczną, które są zaangażowane w proces skurczu. Każde włókno mięśniowe jest otoczone błoną komórkową, która ma podobne do rur rozszerzenia zwane kanalikami poprzecznymi. Przekazywanie impulsów elektrycznych, które aktywują skurcz, odbywa się przez kanaliki poprzeczne, które wnikają głęboko we włókna mięśniowe. Tymczasem siateczka sarkoplazmatyczna, znajdująca się wewnątrz włókien mięśniowych, uwalnia wapń podczas skurczu mięśni i magazynuje wapń podczas rozluźniania mięśni. Powstaje charakterystyczny wzór zwany triadą, ponieważ siateczka sarkoplazmatyczna znajduje się bardzo blisko kanalików poprzecznych.