微管為中空的管狀結構，其管壁由微管蛋白構成。兩個微管蛋白分子可組成二聚體，其形狀如同花生殼一般。這些二聚體首尾相連形成一條長絲（原絲），而13條原絲縱向連接在一起，便形成了微管的空心管壁結構（如圖6c所示），整個微管還通過相關蛋白的作用以保持其結構的穩定性。在鞭毛與纖毛的軸絲中，一種叫作動力蛋白的分子馬達介導了運動的產生。在這一過程中，動力蛋白將相鄰的微管連接起來，使其以同步的方式發生相互滑動，從而產生彎曲效應。彎曲效應沿著鞭毛向下傳遞，最終引起了“鞭打”運動的出現。在20世紀50年代，比約恩·阿夫澤利烏斯（Bjorn Afzelius）發現動力蛋白臂與鄰近小管之間存在密切的聯係，而現在我們已經得知，動力蛋白臂與鄰近小管之間的作用模式並非如爬繩子一般兩手交替進行，而是不斷地發生連接與斷裂。
如果鞭毛動力蛋白發生突變或缺失，後果是非常嚴重的。在發現動力蛋白的25年後，阿夫澤利烏斯在瑞典的一家不孕症診所觀察了4名不育症患者的**，發現其**尾部軸絲中缺乏動力蛋白臂，因此，這些**是“不會遊泳的”。毫無疑問，這將導致不育的發生。此外，有一半的患者還同時患有一種被稱為“內髒逆位”的疾病，表現為原本位於身體左側的主要內髒器官（如心髒、脾髒與胰腺）出現在身體右側。其原因在於胚胎發育早期，當左右體軸建立時，胚胎缺乏具有相應功能的纖毛。在20世紀30年代，馬內斯·卡塔格內（Manes Kartagener）對其進行描述後，這一疾病被命名為卡塔格內綜合征。
每個細胞都含有一種特化的纖毛。這些“初級纖毛”主要作為感覺結構發揮作用，如同無線電天線一般從周圍環境中收集信息。初級纖毛不能獨立運動，因為它們缺乏中央微管與周圍9個小管之間的動力蛋白連接。目前我們已經得知，初級纖毛可作為機械與化學刺激的受體，發揮重要的作用。在鼻腔內壁，經過修飾的初級纖毛與感覺氣味的嗅上皮特化細胞（樹突小結）上的感受器相連。而在眼睛中，視網膜特化的光感受器也通過初級纖毛附著於細胞上。此外，初級纖毛還在細胞分裂中起到了控製的作用，並很可能參與了細胞的運動過程。