组成微管的蛋白质称为微管蛋白。微管蛋白是球形分子, 有两种类型:α微管蛋白(α-tubulin)和β微管蛋白(β-tubulin), 这两种微管蛋白具有相似的三维结构, 能够紧密地结合成二聚体, 作为微管组装的亚基。α亚基由450个氨基酸组成, β亚基是由455个氨基酸组成, 它们的分子量约55kDa。这两种亚基有35～40%的氨基酸序列同源, 表明编码它们的基因可能是由同一原始祖先演变而来。另外, 这两种微管蛋白与细菌中一种叫作FysZ的GTPase(分子量为40kDa)同源, 这种酶具有和微管蛋白相似的功能, 能够聚合并且参与细胞分裂。α和β微管蛋白的亚基都是直径为4nm的球形分子，它们组成的异源二聚体的长度为8nm。α和β微管蛋白各有一个GTP结合位点, 位于α亚基上的GTP结合位点, 是不可逆的结合位点，结合上去的GTP不能被水解，也不能被GDP替换。位于β亚基上的GTP结合位点结合GTP后能够被水解成GDP，所以这个位点又称为可交换的位点(exchangeable site,E位点)。还有一种微管蛋白,即γ微管蛋白,不是微管的组成成分, 但是参与微管的组装。