o músculo liso contém células em forma de fuso de 50 a 250 µm de comprimento por 5 a 10 µm de diâmetro. Estas células possuem um único núcleo central. Ao redor do núcleo e ao longo da maior parte do citoplasma estão os filamentos espessos (miosina) e finos (actina). Pequenas projeções que se originam do filamento de miosina são consideradas pontes cruzadas. A relação entre a actina e os filamentos de miosina (aproximadamente 12 para 1) é duas vezes superior à observada no músculo estriado e pode, portanto, proporcionar uma maior oportunidade para uma ponte cruzada se ligar e gerar força no músculo liso. Uma probabilidade aumentada de fixação pode, em parte, explicar a capacidade do músculo liso para gerar, com muito menos miosina, comparável ou maior força do que o músculo estriado.
músculo liso difere do músculo estriado na sua ausência de qualquer organização aparente dos filamentos contrácteis da actina e da miosina nas unidades contracteis discretas chamadas sarcomas. Pesquisas têm mostrado que uma estrutura semelhante a sarcomere pode, no entanto, existir em músculo liso. Tal unidade de sarcoma seria composta dos filamentos de actina que estão ancorados em corpos amorfos densos no citoplasma, bem como placas densas na membrana celular. Estas áreas densas são compostas pela proteína α-actinina, encontrada nas linhas Z do músculo estriado, a que os filamentos de actina são conhecidos por estarem ligados. Assim, a força gerada pelas pontes transversais de miosina ligadas à actina é transmitida através de filamentos de actina a corpos densos e, em seguida, através de unidades contracteis vizinhas, que terminam na membrana celular.
as células do músculo liso relaxado possuem uma aparência lisa de membrana celular, mas após a contração, grandes blebs de membrana (ou erupções) formam-se como resultado de forças contracteis direcionadas interiormente que são aplicadas em pontos discretos na membrana muscular. Estes pontos são presumivelmente as placas densas na membrana celular a que os filamentos de actina se ligam. Como uma célula isolada encurta, ela o faz de uma maneira corkscrewlike. Foi colocada a hipótese de que, para que uma única célula encurtasse de forma tão única, as proteínas contrácteis no músculo liso são helicamente orientadas dentro da célula muscular. Este arranjo helicoidal concorda com a especulação anterior de que o aparelho contráctil no músculo liso pode ser arranjado em ângulos ligeiros em relação ao eixo longo da célula. Tal arranjo de proteínas contrácteis poderia contribuir para a menor velocidade de encurtamento e aumento da capacidade geradora de força do músculo liso.
as proteínas contrácteis interagem para gerar uma força que deve ser transmitida ao tecido no qual as células musculares lisas individuais estão incorporadas. As células musculares lisas não têm os tendões presentes nos músculos estriados que permitem a transferência da força muscular para operar o esqueleto. Músculos lisos, no entanto, são geralmente incorporados em uma densa matriz de tecido conjuntivo que conecta as células do músculo liso dentro do tecido em uma unidade funcional maior.Outras organelas do interior celular estão relacionadas à produção de energia e armazenamento de cálcio. As mitocôndrias estão localizadas mais frequentemente perto do núcleo celular e na periferia da célula. Tal como nos músculos estriados, estas mitocôndrias estão ligadas à produção de ATP. O retículo sarcoplasmático está envolvido no armazenamento do cálcio intracelular. Tal como no músculo estriado, este sistema intracelular de membrana desempenha um papel importante na determinação se a contração ocorre ou não através da regulação da concentração de cálcio intracelular.