Esta formado por tres estructura de tipo fibrilar, de diferente diámetro: los microtúbulos, los neurofilamentos y los microfilamentos. A ellos se asocian otras proteínas. Cada tipo de estos filamentos corresponden a un polímero formado por un número variable de moléculas de un monómero. En el caso de los microtúbulos es la tubulina, en el de los neurofilamentos es la citoqueratina y en el de los microfilamentos, la actina globular.

El citoesqueleto cumple las siguientes funciones en la neurona:

• mediar el movimiento de organelos entre diferentes regiones de la neurona
• fijar la ubicación de determinados componentes de la membrana, por ejemplo receptores químicos, en los sitios adecuados.
• determinar la forma neuronal.

Microtúbulos: se presentan como las fibras de mayor diámetro del citoesqueleto (25 a 28 nm de diámetro externo) Cada fibra se presenta como un cilindro cuya pared está formada por 13 estructuras alargadas o protofilamentos de unos 5 nm de diámetro. Cada protofilamento está constituido por monómeros de subunidades a y b de tubulina, que se alternan en la estructura.

Neurofilamentos: (o neurofibrillas o filamentos intermedios en otros tipos de células): tienen alrededor de 10 nm de diámetro, son los más abundantes y representan el soporte del citoesqueleto. Cada neurofilamento está constituido por monómeros también organizados como estructuras filamentosas. Pero dos monómeros se unen, enrollados uno alrededor del otro para constituir un dímero. A su vez, dos dímeros enrollados uno en el otro, constituyen una fibra de mayor grosor, el complejo tetramérico. La unión de varios de estos complejos forman el protofilamento y dos protofilamentos forman la protofibrilla. Tres protofibrillas enrolladas constituyen el neurofilamento.