Para poder comprender la estructura y función de cilios y flagelos, hay que conocer la organización general de los microtúbulos que son los armazones que los forman. Los microtúbulos son estructuras cilíndricas huecas de 25 nm de diámetro, que se ensamblan a partir de unidades α y β de la proteína tubulina, colocadas en hileras longitudinales que forman el núcleo central de los cilios y flagelos.
Algunas de las características de los microtubúlos son: su flexibilidad, estabilidad, rígidez y la capacidad que tienen para interactuar con otras proteínas relacionadas con microtúbulos, las cuales pueden formar puentes transversales que conecten a estos entre sí; también incrementan su estabilidad, alteran su rígidez o influyen en su velocidad de ensamblado.
Como ejemplos del papel estructural de los microtúbulos están los axopodios, que son pseudópodos rígidos, finos y largos de algunos organismos unicelulares (protozoarios), y los axones de las neuronas, cuyas estructuras alargadas están formadas por microtúbulos orientados a todo lo largo de la prolongación. En cuanto a su función, los microtúbulos son los elementos móviles de cilios y flagelos.
Protista mostrando numerosas proyecciones (axopodios) formadas por microtúbulos
Células neuronales mostrando los axones formados por microtúbulos