成熟的棉纤维具有扁平的带状结构，像放了气的自行车内胎，宽度为12—20微米。棉纤维有高度转曲，转曲数为每毫米1—6个，约每毫米反转向一次。
棉纤维具有纤丝状机构。其形态分三个主要部分：初生壁、次生壁和中腔。初生壁是小纤维组成的网状结构，外有一层由果胶、蛋白质和蜡质构成的外层。除非使用湿润剂，否则因蜡质的存在令水和水溶液不能渗透棉纤维。虽然初生壁只占棉纤维重量的5%，但它欲包含了大部分非纤维质的成分。次生壁占有熟棉纤维的主要部分，由沿纤维轴螺旋排列的小纤维组成。表1列出了典型棉纤维的成分。实际成分依棉花种类、生长环境和成熟度而定。
图1 棉纤维结构示意图：
表1 棉纤维的成分：
