Die Myofibrillen sind kleine Zellorgane, die die Muskelzelle zur Spannungsentwicklung befähigen. Es handelt sich dabei um lange parallel angeordnete Eiweißketten, die in der Längsrichtung von einem Ende der Muskelzelle zum anderen ziehen, wodurch die vielen Zellkerne in die Peripherie abgedrängt werden.

Die Myofibrillen, von denen etwa 1000 eine Muskelzelle oder -faser bilden, werden durch abwechselnd nebeneinander angeordnete helle (I-Band) und dunkle Zonen (A-Band) gebildet. Die so entstehende Querstreifung hat ihren Ursprung in den kleinsten funktionellen Grundbausteinen des Muskels - den Sarkomeren. Diese sind ca. 2,5 µm lange Eiweißzylinder, die miteinander durch sogenannte Z-Scheiben (Zwischenscheiben) zur langen Gliederkette der Myofibrille verbunden sind. Jedes Sarkomer besteht aus zwei Gruppen komplex aufgebauter Eiweißmoleküle, den “dünnen Eiweißfäden” (Aktinfilamente) und den “dicken Eiweißfäden” (Myosinfilamente). In der Myofibrille sind jeweils sechs Aktinfilamente um ein Myosinfilament angeordnet.

Die Arbeitsweise dieser Einheiten zur Erzeugung mechanischer Spannung versucht die Gleit-Filament-Theorie von A.F. HUXLEY zu erklären:

Angeregt durch nervöse Impulse (Tetanus als Summierung vieler Aktionspotentiale pro Sekunde) ziehen die Myosinfilamente die Aktinfilamente von beiden Seiten in die Mitte des Sarkomers. Die Länge der Filamente ändert sich dabei nicht; nur die des Sarkomers wird verringert und erzeugt somit mechanische Spannung. Der Kontakt des Myosins mit dem Aktin erfolgt über die Myosinköpfchen, die sich mit dem Aktinfilament verbinden (Myosinköpfchenbrückenbildung). Dieser Kontakt bleibt beim Dehnungsreflex (vgl. Energie-speicherung in den SEK) zwischen 15 und 120 ms bestehen.

Da die Zugrichtung an beiden Enden des Myosinfilaments entgegengerichtet ist, werden die Aktinfilamente durch die Kippbewegung der eingerasteten Myosinköpfchen von beiden Seiten auf die Mitte des Sarkomers zugezogen, so daß das Sarkomer insgesamt kürzer wird. Ein einziger dieser Reaktionszyklen bewirkt lediglich eine Kontraktion des Sarkomers um 1%. Um die mögliche Verkürzung von 30% der Ruhelage des Sarkomers zu erreichen, sind höchst koordinierte Wiederholungen dieses Vorgangs nötig, indem sich Myosinköpfchen lösen (einige müssen den Kontakt halten) und phasenverschoben wieder einrasten -> Tauziehprinzip. Der koordinativ kumulierte Effekt dieses Vorgangs bewirkt die Muskelkontraktion.