细胞壁分为3层，即胞间层（中层）、初生壁和次生壁。胞间层把相邻细胞粘在一起形成组织。初生壁在胞间层两侧，所有植物细胞都有。次生壁在初生壁的里面，又分为外(S1)、中(S2)、内(S3)3层，在内层里面，有时还可出现一层。这样的厚壁，水分和营养物就不能透过。有些植物的次生壁上具瘤层，还分化有特殊结构，如纹孔和瘤状物等。纹孔是细胞间物质流通的区域，而瘤状物则是次生壁里层上的突起。

细胞壁的主要组成成分是纤维素，它形成细胞壁的框架，内含其他物质。在电子显微镜下看到，这种框架由一层层纤维素微丝，简称微纤丝组成的，每一层微纤丝基本上是平行排列，每添加一层，微纤丝排列的方位就不同，因此层与层之间微纤丝的排列交错成网。微纤丝之间的空间通常被其他物质填充。