構成微管的主要成分，是一種酸性蛋白質，其分子量約為110000，由α和β兩個亞基組成，亞基分子量各約50000～60000。在真核細胞中，微管構成細胞骨架，參與細胞和細胞器的運動以及原生動物的纖毛、鞭毛的運動等。動物的纖毛和鞭毛都具有顯微結構相同的運動單元一軸纖絲，它的主要組成成分便是微管蛋白。
豬和雞的腦微管蛋白一級結構已經測定。豬腦微管蛋白的α亞基和β亞基分別由453個和455個氨基酸殘基組成，其中41％的順序是相同同的。α亞基和β亞基一級結構的相似性說明，這兩個亞基的基因可能是從同一個遠祖基因發展而來的。
微管蛋白和肌肉蛋白同屬於運動蛋白，其一級結構有許多相似之處。微管蛋白的 α亞基和肌動蛋白有四個一級結構相同的片段，和肌球蛋白有一個一級結構相同的片段。微管蛋白兩個亞基的羧基末端有15個氨基酸的一級結構和肌鈣蛋白T亞基的非常相似，集中瞭大量的谷氨酸。
提純的微管蛋白與鳥嘌呤核苷酸緊密結合。鳥嘌呤核苷三磷酸能促進微管蛋白在體外聚合而裝配成微管，在此過程中自身被水解成鳥嘌呤核苷二磷酸和無機磷酸。某些生物堿如秋水仙素和它的衍生物能阻止微管的裝配。
在細胞內微管蛋白的聚合程度影響微管的長度，從而影響細胞的形態。至80年代，其解離聚合過程的調控機制尚不清楚。