Ультраструктура кардиомиоцита характеризуется преобладанием на периферии клетки плотноупакованных миофибрилл #1, #2, #3 (их темные и светлые участки строго упорядочены и соответствуют друг другу), разделенных рядами митохондрий #1, #2, #3; центральная зона кардиомиоцита содержит 1-2 ядра, многочисленные полирибосомы и митохондрии, обеспечивающие синтез миофиламентов.

Специализированные участки плазмолеммы у торцов соседних кардиомиоцитов в зоне прилежания отростков формируют сложноорганизованные контактные комплексы - вставочные диски, в которых можно выделить поперечный #1, #2 и продольный отделы. Поперечные отделы образованы десмосомами #1, #2 и контактами адгезионного типа (fasciae adherentes), последние являются местом прикрепления тонких (актиновых) нитей концевых саркомеров миофибрилл. Продольные отделы расположены между латеральными поверхностями отростков кардиомиоцитов и содержат преимущественно коммуникационные соединения - нексусы (щелевые контакты), обеспечивающие быстрое распространение потенциала действия между мышечными клетками.