Structura mușchilor scheletici este ușor diferită de celelalte două tipuri principale de mușchi, cardiace și netede. Numit și mușchi striat, mușchiul scheletic are un aspect dungat din cauza a două proteine suprapuse care permit mușchiului să se contracte rapid. Celulele cilindrice alungite, care sunt numite și fibre musculare, alcătuiesc, de asemenea, structura mușchilor scheletici. Fiecare celulă musculară scheletică conține câteva sute de nuclei, spre deosebire de unicul nucleu găsit în celulele altor tipuri de mușchi. Fibrele musculare au membrane precum și filamente numite miofibrile, structuri care sunt deosebit de importante pentru funcția lor contractilă.
Trei tipuri de tesut muscular, inclusiv muschii scheletici, cardiaci si netezi, alcatuiesc sistemul muscular uman. Mușchii scheletici sunt cel mai abundent tip de mușchi, deoarece acopera și oferă mișcare întregului schelet al corpului uman. Aceștia au două denumiri alternative: mușchii striați, datorită aspectului lor în dungi încrucișate, și mușchii voluntari, deoarece mintea conștientă le poate controla acțiunile. Fibrele musculare se contractă rapid datorită prezenței miofibrilelor, sau a unor filamente minuscule care conțin două proteine suprapuse numite actină și miozină. După cum se vede la microscop, benzile întunecate formate din miozină se suprapun pe benzile luminoase formate de actină, rezultând aspectul dungat al structurii mușchilor scheletici.
Contracția musculară este posibilă în principal prin reacția chimică dintre miozină și actină și este controlată de acțiunea ionilor de calciu și a altor două proteine care lucrează împreună, numite troponină și tropomiozină. Când ionii de calciu sunt eliberați din reticulul sarcoplasmatic al mușchilor scheletici, apoi se combină cu troponina, are loc o reacție chimică și, astfel, contracția musculară. Eliberarea ionilor de calciu determină schimbarea poziției troponinei, determinând ca tropomiozina să fie împinsă, făcând loc miozinei să poată „atinge” și să interacționeze cu actina. Atunci când ionii de calciu rămân stocați în reticulul sarcoplasmatic, nu are loc nicio contracție musculară și astfel se spune că un mușchi este „repaus” sau într-o stare relaxată.
Structura mușchilor scheletici constă, de asemenea, din două sisteme membranare numite membrana plasmatică sau celulară și reticulul sarcoplasmatic, care sunt ambele implicate în procesul de contracție. Fiecare fibră musculară este înconjurată de membrana celulară, care are extensii tubulare numite tubuli transversali. Transmiterea impulsurilor electrice care activează contracția are loc prin tubuli transversali care se extind adânc în fibrele musculare. Între timp, reticulul sarcoplasmatic, situat în interiorul fibrelor musculare, eliberează calciu în timpul contracției musculare și stochează calciu în timpul relaxării musculare. Se formează un model caracteristic numit triadă deoarece reticulul sarcoplasmatic este situat foarte aproape de tubii transversali.