指在植物細胞壁中與纖維素共生、可溶於堿溶液，遇酸後遠較纖維素易於水解的那部分植物多糖。一種植物往往含有幾種由兩或三種糖基構成的半纖維素，其化學結構各不相同。樹莖、樹枝、樹根和樹皮的半纖維素含量和組成也不同。因此，半纖維素是一類物質的名稱。
組成 構成半纖維素的糖基主要有D-木糖、D-甘露糖、D－葡萄糖、D-半乳糖、L-阿拉伯糖、4-氧甲基-D-葡萄糖醛酸及少量L-鼠李糖、L-巖藻藻糖等。半纖維素主要分為三類，即聚木糖類、聚葡萄甘露糖類和聚半乳糖葡萄甘露糖類。
聚木糖類 是以1，4-β-D－吡喃型木糖構成主鏈，以4－氧甲基－吡喃型葡萄糖醛酸為支鏈的多糖，其結構如下：
式中Xβ為β-D-吡喃型木糖基；(H3CO)4GA為4-氧甲基-吡喃型葡萄糖醛酸基；闊葉材的A和B都是氧乙酰基；針葉材的A為α-L-呋喃型阿拉伯糖，B為羥基。
闊葉材與禾本科草類的半纖維素主要是這類多糖，在禾本科半纖維素的多糖中，往往還含有L－呋喃型阿拉伯糖基作為支鏈連接在聚木糖主鏈上。支鏈多少因植物不同而異。
聚葡萄甘露糖類 是由 D－吡喃型葡萄糖基和吡喃型甘露糖基以1，4-β型連接成主鏈。另一類聚半乳糖葡萄甘露糖類則還有 D－吡喃型半乳糖基用支鏈的形式以1，6-α型連接到此主鏈上的若幹D-吡喃型甘露糖基和D－吡喃型葡萄糖基上，它們的結構如下：
式中Gβ為β-D－吡喃型葡萄糖基；Mβ為β-D－吡喃型甘露糖基；闊葉材的A和B都是羥基；針葉材的A為α-D－吡喃型半乳糖基，B為氧乙酰基。
針葉材的半纖維素以聚半乳糖葡萄甘露糖類為主。主鏈上的葡萄糖基與甘露糖基的分子比也因木材種類不同而在1：1到1：2之間變動。大多數木材半纖維素的平均聚合度隻有200。
復合體 半纖維素與纖維素間無化學鍵合，相互間有氫鍵和范德瓦耳斯力存在。
半纖維素與木素之間可能以苯甲基醚的形式連接起來，形成木素－碳水化合物的復合體，例如：
來源 半纖維素廣泛存在於植物中，針葉材含15％～20％，闊葉材和禾本科草類含15％～35％，但其分佈因植物種屬、成熟程度、早晚材、細胞類型及其形態學部位的不同而有很大差異。例如針葉材的主要半纖維素是聚半乳糖葡萄甘露糖類，而闊葉材和禾本科草類的卻是聚木糖類；針、闊葉材的射線細胞比管胞細胞和纖維細胞含較多的聚木糖類；在針葉材細胞次生壁的中層，聚木糖類含量最低，在次生壁外和內層卻較高，而聚半乳糖葡萄甘露糖類的分佈則恰恰相反。
任何植物原料的化學制漿工業處理中，在脫木素的同時半纖維素也會發生酸性水解或堿性水解、剝皮反應和氧化反應等，雖然蒸煮溶出的半纖維素又可再沉積吸附於紙漿上，但仍將損失一定數量，而殘留的半纖維素對紙漿的性質影響很大，它可增進紙漿的抗拉強度、彈性模數和透明度等，但對撕裂強度無影響。在制纖維素衍生物用漿時則須盡量除去半纖維素。
應用 半纖維素的工業利用正在開發，制漿廢液可制酵母，酵母又可抽提出10％的核糖核酸，再衍生為肌苷單磷酸酯和鳥苷單磷酸酯，可用作調味劑、抗癌劑或抗病毒劑等。林產化學品法是先用有機酸使纖維原料預水解，水解殘渣仍可制漿，質量可與未預水解的漿相媲美，而從水解液可分離出戊糖和己糖組分，所得木糖經處理後制成木糖醇，可作增甜劑、增塑劑、表面活性劑；木糖酸可作膠粘劑；聚木糖硫酸酯可作抗凝血劑。