在细胞质中有一个三维的网络结构系统，这个系统被称为细胞骨架。

细胞骨架是细胞内以蛋白质纤维为主要成分的网络结构，主要有3种蛋白质纤维构成，包括微管、微丝和中间纤维。每一种蛋白质纤丝都是由上千个亚基装配成不分支的线性结构，有时交叉贯穿在整个细胞之中。

图1：肌动蛋白丝；图2：中间纤维；图3：微管

细胞骨架对维持细胞的形态结构及内部构成的有序性以及在细胞运动中物质运输、能量转换、信息传递和细胞分裂等一系列作用。具体讲，细胞骨架有六大生物学功能：

细胞骨架作为支架，能够维持细胞形态，提供支持结构。以红细胞为例，红细胞质膜的内部主要是依靠肌动蛋白纤维为主要成分的膜骨架，维持着红细胞的结构。

细胞骨架在细胞内形成一个架构，为细胞内各种细胞器提供附着位点。在胞质溶胶中，具有各种不同功能的细胞器，数量众多，如果这些细胞器都漂在细胞质溶胶中，会彼此相互干扰，而细胞骨架为这些细胞器提供附着点，所以细胞骨架是胞质的组织者，将细胞内的各种细胞器组成各种不同的体系和区域网络。

细胞骨架免疫荧光

为细胞内物质和细胞器的运输提供机械能。例如，肉质网产生的膜泡高尔基体的运输。由胞吞作用形成吞噬泡向溶酶体的运输等，通常都是以细胞骨架作为轨道的；在有丝分裂和减数分裂过程中染色体向两极的移动以及含有神经细胞产生的神经递质的小泡向神经细胞末端的运输，都要依靠细胞骨架的机械支持。

胞内运输

为细胞从一个位置向另一个位置移动提供力。一些细胞的运动，如假足的形成，也是由细胞骨架提供机械支持。典型的单细胞靠纤毛和鞭毛进行运动，细胞的这种运动器官主要由细胞骨架结合在一起。

参与细胞信号转导。有些细胞骨架成分常同细胞质膜的内表面接触，这对于细胞外环境中的信号在细胞内转导起到重要的作用。

细胞骨架也是细胞分裂的机器。在有丝分裂中，核分裂和胞质分裂都与细胞骨架有关，细胞骨架的微管通过形成纺锤体将染色体分开，而肌动蛋白丝则将细胞一分为二。​​​