在用尼氏法等一般染色組織切片中，星形膠質細胞的核比其他膠質細胞的核大，呈圓形或卵圓形，常染色質多，異染色質少而分散，故染色淺，核仁不明顯。胞質中沒有尼氏體，但具有一般的細胞器。胞質中含有大量交錯排列的原纖維，伸入到胞突中并與胞突平行行走，是構成細胞骨架的主要成分。原纖維的超微結構是一種中間絲，稱為膠質絲（glial filament），其直徑介于微管（25μm）和微絲（6μm）之間，由相對分子質量為47000—50000的蛋白質組成，此類蛋白質被稱作為膠原原纖維酸性蛋白(glial fibrillary acid protein，GFAP）。利用細胞免疫法證明GFAP僅存在于星形膠質細胞的胞體中，因此可利用GFAP的特異性抗體來檢測星形膠質細胞。