組成微管的蛋白質稱為微管蛋白。微管蛋白是球形分子, 有兩種類型:α微管蛋白(α-tubulin)和β微管蛋白(β-tubulin), 這兩種微管蛋白具有相似的三維結構, 能夠緊密地結合成二聚體, 作為微管組裝的亞基。α亞基由450個氨基酸組成, β亞基是由455個氨基酸組成, 它們的分子量約55kDa。這兩種亞基有35～40%的氨基酸序列同源, 表明編碼它們的基因可能是由同一原始祖先演變而來。另外, 這兩種微管蛋白與細菌中一種叫作FysZ的GTPase(分子量為40kDa)同源, 這種酶具有和微管蛋白相似的功能, 能夠聚合并且參與細胞分裂。α和β微管蛋白的亞基都是直徑為4nm的球形分子，它們組成的異源二聚體的長度為8nm。α和β微管蛋白各有一個GTP結合位點, 位于α亞基上的GTP結合位點, 是不可逆的結合位點，結合上去的GTP不能被水解，也不能被GDP替換。位于β亞基上的GTP結合位點結合GTP后能夠被水解成GDP，所以這個位點又稱為可交換的位點(exchangeable site,E位點)。還有一種微管蛋白,即γ微管蛋白,不是微管的組成成分, 但是參與微管的組裝。