平滑肌除作为无脊椎动物的躯体肌而有广泛分布外，在脊椎动物除心肌之外而大部分内脏肌也是由平滑肌组成的。虽有如斧足类的闭壳肌和足系牵引肌等是由平行走向长纤维状细胞(平滑肌纤维)所构成，但多数的平滑肌则是由长纺锤形(脊椎动物的内脏肌长不到1毫米)的单核细胞构成。它不构成独立的器官，而只是成为构成体壁和内脏壁的因素(肌层)。其细胞实质仅由相当于横纹肌的向异性物质组成，整体表现同样的双折射。
在有的平滑肌中可见到肌原纤维。作为收缩物质的肌动球蛋白和横纹肌大致相同，但含量少，肌动蛋白细丝和肌球蛋白细丝间的相互排列缺乏规律性。平滑肌收缩和舒张的速度较慢，横纹肌每次收缩大约是0.1秒，而平滑肌需要数秒，甚至数十秒。时值(电刺激时约0.1秒)和潜伏期(0.2―1.0秒)也长。容易产生刺激的总和，认为这是由于缺少肌管系统的缘故。与作为应相性肌和运动肌的横纹肌不同，平滑肌主要适应于作为紧张性肌和保持肌的机能。被动的伸展性和主动的缩短度都明显大于横纹肌的以及经常显示自动的兴奋性。
脊椎动物的平滑肌(内脏肌)一般受来自植物性神经系统的双重神经支配，它们的神经末梢在肌肉细胞间形成神经网络，有时还介有神经节细胞。一如血管壁肌肉和瞬膜那样，有神经的控制显著者，也有如肠和子宫那样的不显著者，后者具有类似心肌的自动性。在平滑肌内兴奋的传导有各种形式，有的被认为是通过神经的(瞬膜)，有的则是通过肌细胞间传递乃至合体细胞的连接(子宫)，但速度常常是低的(2―3厘米/秒)。在后一种情况下，证明有类似于横纹肌峰电位的动作电位。体液支配显著也是平滑肌的特征，在子宫壁和血管壁特别显著(催产素、肾上腺素等)。
平滑肌纤维呈长梭形，无横纹。平滑肌受自主神经支配，为不随意肌。该肌收缩缓慢、持久。细胞核一个，呈长椭圆形或杆状，，收缩时核可扭曲呈螺旋形，核两端的肌浆较丰富。平滑肌纤维大小不一，一般长200μm，直径8μm;小血管壁平滑肌短至20μm，而妊娠子宫平滑肌可长达500μm。平滑肌主要分布于血管、气管、胃、肠等壁内。平滑肌纤维可单独存在，绝大部分是成束或成层分布的。
平滑肌纤维表面为肌膜，肌膜向下凹陷形成数量众多的小凹。肌浆网发育很差，呈小管状，位于肌膜下与小凹相邻近。核两端的肌浆内含有线粒体、高尔基复合体和少量粗面内质网以及较多的游离核糖体，偶见脂滴。平滑肌的细胞骨架系统比较发达，主要由密斑、密体和中间丝组成。密斑和密体都是电子致密的小体，但分布的部位不同。密斑位于肌膜的内面，主要是平滑肌细肌丝的附着点。密体位于细胞质内，为梭形小体，排成长链，它是细肌丝和中间丝的共同附着点。一般认为密体相当于横纹肌的Z线。相邻的密体之间由直径10nm的中间丝相连，构成平滑肌的菱形网架，在细胞内起着支架作用。细胞周边部的肌浆中，主要含有粗、细两种肌丝。细肌丝直径约5nm，呈花瓣状环绕在粗肌丝周围。粗、细肌丝的数量比约为1：12―30。粗肌丝直径8―16nm，均匀分布于细肌丝之间。由于肌球蛋白分子的排列不同于横纹肌，粗肌丝上没有M线及其两侧的光滑部分。粗肌丝呈圆柱形，表面有纵行排列的横桥，但相邻的两行横桥的摆动方向恰恰相反。若干条粗肌丝和细肌丝聚集形成肌丝单位，又称收缩单位。相邻的平滑肌纤维之间在有缝隙连接，便于化学信息和神经冲动的沟通，有利于众多平滑肌纤维同时收缩而形成功能整体。
平滑肌纤维和横纹肌一样是以“肌丝滑动”原理进行收缩的。由于每个收缩单位是由粗肌丝(肌球蛋白)和细肌丝(肌动蛋白)组成，它们的一端借细肌丝附着于肌膜的内面，这些附着点呈螺旋形。肌丝单位大致与平滑肌长轴平行，但有一定的倾斜度。粗肌丝没M线，表面的横桥有半数沿着相反方向摆动，所以当肌纤维收缩时，不但细肌丝沿着粗肌丝的全长滑动，而且相邻的细肌丝的滑动方向是相对的。因此平滑肌纤维收缩时，粗、细肌丝的重叠范围大，纤维呈螺旋形扭曲而变短和增粗。
平滑肌虽然也具有同骨骼肌类似的肌丝结构，但由于它们不存在像骨骼肌那样平行而有序的排列(平滑肌的肌丝有它自己的“有序的”排列)，它的特点是细胞内部存在一个细胞骨架，包含一些卵圆形的称为致密体的结构，它们也间隔地出现于细胞膜的内侧，称为致密区，并且后者与相邻细胞的类似结构相对，而且两层细胞膜也在此处连结甚紧，因而共同组成了一种机械性耦联，藉以完成细胞间张力的传递;细胞间也存在别的连接形式，如缝隙连接，它们可以实现细胞间的电耦联和化学耦联。在致密体和致密区中发现有同骨骼肌Z带中类似的蛋白成分，故认为这两种结构可能是与细肌丝连接的部位。另外，在致密体和致密区之间还有一种直径介于粗、细肌丝之间的丝状物存在，它们是一种称为结蛋白的聚合体。这样由丝状物联结起来的致密体和膜内侧的致密区就形成了完整的细胞内构架。
平滑肌细胞中的细肌丝有同骨骼肌类似的分子结构，但不含肌钙蛋白;同一体积的平滑肌所含肌纤蛋白的量是骨骼肌的2倍，推测平滑肌肌浆中有大量细肌丝存在，它们的排列大致与细胞长轴平行。与此相反，胞浆中肌凝蛋白的量却只有骨骼肌的1/4。估计连接在致密体上的3―5根细肌丝会被较少数目粗肌丝包绕，形成相互交错式的排列，这可能就是类似于骨骼肌中肌小节的功能单位。
一般平滑肌细胞呈梭形，直径2―5μm;其长度可变性很大，大约长度为400μm时是产生张力的最适长度。它们没有骨骼肌(和心肌)那样发达的肌管系统。肌细胞膜只有一些纵向排列的袋状凹入，但其功能尚不清楚，不过这使得细胞膜表面积和细胞体积之比更为加大，因此和肌丝靠近的不是横管或肌浆网系统，而是肌膜。细胞被激活时，细胞外Ca2+进入膜内，但平滑肌细胞中靠近膜的肌浆网也构成了细胞内Ca2+贮存库。一些兴奋性递质、激素或药物同肌膜受体结合时，通过G-蛋白在胞浆中产生第二信使，引起Ca2+库中的Ca2+释出。因平滑肌的细肌丝中不存在肌钙蛋白，因而Ca2+引起平滑肌细胞中粗、细肌丝相互滑行的横桥循环的机制与骨骼肌不同。目前认为，横桥的激活开始于它的磷酸化，而这又依赖一称为肌凝蛋白激酶的活化;其过程是Ca2+先结合于胞浆中一种称为钙调蛋白的特殊蛋白质，后者结合4个Ca2+之后才使肌凝蛋白激酶活化，使ATP分解，由此产生的磷酸基结合于横桥并使横桥处于高自由状态。比起平滑肌来，平滑肌横桥激活的机制需要较长的时间，这和平滑肌收缩的缓慢相一致。
尽管体内各器官所含平滑肌在功能特性上判别很大，但一般可分为两大类：
一类称为多单位平滑肌，其中所含各平滑肌细胞在活动时各自独立，类似骨骼肌细胞，如竖毛肌、虹膜肌、瞬膜肌(猫)、以及大血管平滑肌等，它们各细胞的活动受外来神经支配或受扩散到各细胞的激素的影响;
另一类称为单位平滑肌，类似心肌组织，其中各细胞通过细胞间的电耦联而可以进行同步性活动，这类平滑肌大都具有自律性，在没有外来神经支配时也可进行近于正常的收缩活动(由于起搏细胞的自律性和内在神经丛的作用)，以胃肠、子宫、输尿管平滑肌为代表。
还有一些平滑肌兼有两方面的特点，很难归入哪一类，如小动脉和小静脉平滑肌一般认为属于多单位平滑肌，但又有自律性;膀胱平滑肌没有自律性，但在遇到牵拉时可作为一个整体起反应，故也列入单位平滑肌。
和平滑肌本身的特性具有多样性一样，它们活动所受的调控也是多种多样的，不象骨骼肌那样单纯。大多数平滑肌接受神经支配，包括来自自主神经系统的外来神经支配，其中除小动脉一般只接受交感系统一种外来神经支配外，其他器官的平滑肌通常接受交感和副交感两种神经支配。平滑肌组织、特别是消化管平滑肌肌层中还有内在神经丛存在，后者接受外来神经的影响，但其中还发现有局部传入性神经元，可以引起各种反射。平滑肌的神经-肌接头有些类似骨骼肌，但不具有后者那样特殊结构形式。
支配平滑肌的外来神经纤维在进入靶组织时多次分支，分支上每隔一定距离出现一个膨大，呈念珠状，称为曲张体，其中含有分泌囊泡，它们在神经冲动到达时可以释放其中递质或其他神经活性物质;每个曲张体和靶细胞的距离亦不固定，平均约为80―100nm，这说明由神经末梢释放出来的递质分子要扩散较远距离才能达到靶细胞，而靶细胞和神经末梢的关系也不可能是固定的;凡是递质分子可以到达而又具有该递质受体的平滑肌细胞，都可能接受外来神经的影响。平滑肌细胞约保持55-60mV的静息电位，产生机制和骨骼肌类似。单位平滑肌细胞有产生动作电位的能力，而且通过细胞间通道可使相邻细胞也产