Верхушки эпителиальных клеток, обращенные к просвету фоликула, покрыты отчетливо выраженной апикальной мембраной, которая снабжена многочисленными тонкими, пальцевидными выростами — микроворсинами. Такое строение характерно для эпителия, обладающего повышенной функцией, свидетельствующей о том, что в просвете фолликула идут процессы резорбции. Между верхушками эпителиальных клеток хорошо развита система замыкающих пластинок, становящаяся особенно мощной в функционально возбужденной железе. В цитоплазме эпителиальных клеток хорошо развита эргастоплазма, образованная парными пластинками (ацитомембранами), покрытыми мелкими гранулами (рибосомами) и пузырьками различной величины.
Кроме того, в клетках имеется гликоген, нейтральные мукополисахариды и аскорбиновая кислота (С. С. Касабьян, 1961). В апикальной части цитоплазмы скапливается незначительное количество мелких липидных капелек, с которыми связаны пигментные гранулы желтобурого цвета (липофусцины). Эпителиальные клетки содержат фосфатазу (кислая, щелочная, основная), оксидазу, пероксидазу, сукциндегидрогеназу, моноамино и дитохромоксидазу.
Клетки щитовидной железы богаты протеолитическими ферментами типа катепсинов, которым принадлежит особая роль в процессах расщепления коллоида и освобождения из тиреоглобулина активных действующих начал щитовидной железы — гормонов (De Robertis с соавт., 1946).
В клетках выявляются также рибонуклеиновая (РНК) и дезоксирибонуклеиновая (ДНК) кислоты, количество которых возрастает в активированной железе и снижается при ослаблении ее функциональной деятельности (Р. К. Исламбеков, Л. Б. Платонова, 1965, 1966).
Ядра тиреоидных клеток сочные, обычно округлой или овальной формы.
Клетки фолликулярного эпителия могут делиться кариокинетически и амитотически.