Ультраструктура клетки типична для прокариот, но по форме клетки напоминают ветвящиеся нити. За это сходство с грибами клетки актиномицетов получили название гифы.
Имеют клеточную стенку, типичную для грамположительных бактерий, хотя отличаются внутри группы содержанием в ней разных стереоизомеров диаминопимелиновой кислоты (ДАП), аминокислот и сахаров.
В нитях актиномицетов могут выявляться гранулы волютина, который образуется и накапливается в зависимости от состава среды, условий роста и возраста культур.
В зрелых нитях мицелия встречаются крупные зернистые вакуоли. Предполагается, что эти вакуоли образуются из запасных веществ.
Клетки мицелия представителей лучистых грибков хорошо окрашиваются основными анилиновыми красками: метиленовой синью, метиловым фиолетовым, карболовым фуксином и др.
