Luustolihasten rakenne on hieman erilainen kuin kaksi muuta päätyyppiä, sydän- ja sileät lihakset. Luustolihaksella, jota kutsutaan myös raidalliseksi lihakseksi, on raidallinen ulkonäkö kahden päällekkäisen proteiinin vuoksi, jotka mahdollistavat lihaksen supistumisen nopeasti. Pitkänomaiset lieriömäiset solut, joita kutsutaan myös lihaskuiduiksi, muodostavat myös luustolihasten rakenteen. Jokainen luustolihasolu sisältää useita satoja ytimiä, toisin kuin yksittäinen ydin, joka löytyy muiden lihastyyppien soluista. Lihaskuiduissa on kalvoja sekä myofibrilleiksi kutsuttuja filamentteja, rakenteita, jotka ovat erityisen tärkeitä supistumistoiminnalleen.
Ihmisen lihasjärjestelmä koostuu kolmesta lihaskudoksesta, mukaan lukien luu-, sydän- ja sileät lihakset. Luustolihakset ovat yleisin lihastyyppi, koska ne peittävät ja tarjoavat liikkeen koko ihmiskehon luuranolle. Näillä on kaksi vaihtoehtoista nimeä: raidalliset lihakset niiden raidallisen ulkonäön vuoksi ja vapaaehtoiset lihakset, koska tietoinen mieli voi hallita toimintaansa. Lihaskuidut supistuvat nopeasti myofibrillien tai pienien filamenttien vuoksi, jotka sisältävät kahta päällekkäistä proteiinia nimeltä aktiini ja myosiini. Kuten mikroskoopilla nähdään, myosiinin muodostamat tummat raidat menevät päällekkäin aktiinin muodostamien valojuovien kanssa, mikä johtaa luustolihaksen rakenteen raidalliseen ulkonäköön.
Lihasten supistuminen on mahdollista enimmäkseen myosiinin ja aktiinin välisen kemiallisen reaktion avulla, ja sitä kontrolloivat kalsiumionit ja kaksi muuta proteiinia, jotka toimivat yhdessä, nimeltään troponiini ja tropomyosiini. Kun kalsiumioneja vapautuu luustolihasten sarkoplasmisesta verkkokalvosta, ne yhdistyvät sitten troponiinin kanssa, tapahtuu kemiallinen reaktio ja siten lihasten supistuminen. Kalsiumionien vapautuminen laukaisee troponiinin vaihtamaan asentoa, jolloin tropomyosiini työntyy pois, jolloin myosiini pystyy “saavuttamaan” ja olemaan vuorovaikutuksessa aktiinin kanssa. Kun kalsiumionit pysyvät varastoituna sarkoplasmisessa verkkokalvossa, lihasten supistumista ei tapahdu ja siten lihaksen sanotaan olevan “lepo” tai rento tila.
Luustolihasten rakenne koostuu myös kahdesta kalvojärjestelmästä, joita kutsutaan plasma- tai solukalvoksi ja sarkoplasmisen retikulumiksi, jotka molemmat osallistuvat supistumisprosessiin. Kutakin lihaskuitua ympäröi solukalvo, jossa on putkimaisia laajennuksia, joita kutsutaan poikittaisiksi tubuluksiksi. Supistumista aktivoivien sähköimpulssien siirto tapahtuu poikittaisten tubulusten kautta, jotka ulottuvat syvälle lihaskuituihin. Samaan aikaan lihaskuitujen sisällä oleva sarkoplasminen verkkokalvo vapauttaa kalsiumia lihasten supistumisen aikana ja varastoi kalsiumia lihasten rentoutumisen aikana. Tyypillinen kuvio, jota kutsutaan kolmikoksi, muodostuu, koska sarkoplasminen verkkokalvo sijaitsee hyvin lähellä poikittaisia tubuluksia.