Las moléculas de glucosa (del orden de 30 mil por molécula de celulosa) se unen punta con punta entre sí, en una larga cadena recta para formar las moléculas de celulosa. Dado el gran número de moléculas de glucosa que se unen, se dice que la celulosa tiene un alto grado de polimerización. Sin embargo, a pesar de la longitud de las moléculas de celulosa, las cuales miden alrededor de 10µ (1µ = 10-3 mm) todavía son muy pequeñas como para ser observadas por el ojo humano, incluso en un microscopio electrónico.

La celulosa representa alrededor del 50% del peso seco de la madera (una vez extraída el agua). Debido a que las uniones entre las moléculas de glucosa son tan firmes, las moléculas de celulosa son muy resistentes y por esa misma razón, la madera también es resistente. Las uniones laterales entre las moléculas de celulosa también son muy fuertes, lo que hace que ellas se agrupen para formar filamentos, los cuales a su vez forman estructuras más gruesas, similares a una cuerda, llamadas microfibrillas. Estas microfibrillas pueden observarse en un microscopio electrónico.

Las fibrillas (fibras) de celulosa tienen distintas formas y tamaños. El círculo rojo representa una partícula de 20µ de diámetro.

La hemicelulosa es el segundo componente de la madera, representando entre el 15-34% del peso seco de ésta. A diferencia de la celulosa, que está constituida sólo por glucosa, la hemicelulosa consta de glucosa más otros azúcares solubles en agua producidos en la fotosíntesis. El grado de polimerización, es decir, el número de moléculas de azúcar conectadas entre sí, es menor que en la celulosa y en consecuencia, las moléculas de hemicelulosa tienden a formar cadenas ramificadas en vez de estructuras rectas. La hemicelulosa rodea los filamentos de celulosa y ayuda en la formación de microfibrillas.

El tercer elemento de la madera es la lignina. Es un producto químico complejo, totalmente diferente de la celulosa. La lignina constituye entre el 26-34% del peso seco de la madera. En la madera se concentra principalmente en las paredes de las células, ayudando a pegar las microfibrillas entre sí. La lignina es un polímero tridimensional, cuya estructura exacta aún no es totalmente conocida. Las plantas que contienen lignina, como los árboles, por ejemplo, son rígidas y pueden crecer a gran altura. Además de otorgar resistencia mecánica a las paredes de la células de la madera y por lo tanto, a todo el árbol, la lignina juega un rol crucial en la conducción del agua a través del xilema. Los componentes polisacáridos de las paredes de las células de las plantas, particularmente la celulosa, son altamente hidrofílicas, y por lo tanto permeables al agua. La lignina permite la formación de vasos que transportan el agua eficientemente.

El resto de los componentes de la madera se agrupan genéricamente en una categoría denominada extraíbles. Se trata de una serie de productos químicos orgánicos e inorgánicos de las células, que no son componentes estructurales de la madera. Oscilan entre un 2% y 15% del peso seco de la madera. Como su nombre lo indica, se pueden extraer de la madera con agua caliente, alcohol u otros solventes. Los extraíbles de tipo orgánico contribuyen a darle a la madera propiedades tales como: color, olor, sabor, resistencia a la descomposición, densidad, higroscopicidad (capacidad para absorber el agua) y combustibilidad. Algunos ejemplos de extraíbles son: taninos, aceites, grasas, resinas, ceras, goma, almidón y terpenos.

La hoja posee una capa protectora externa llamada epidermis, una capa intermedia, que contiene los cloroplastos, que absorben el dióxido de carbono (CO2) necesarios para la fotosíntesis; y, una capa interior, que contiene los vasos centrales, xilema y floema, que transportan las sustancias nutritivas hacia la hoja y fuera de ella.

En las superficies de las raíces existen pelos que se extienden por el suelo, que absorben el agua y sales minerales mediante un proceso de osmosis. El agua y los minerales en forma de savia fluyen a través del xilema o vasos leñosos, hasta alcanzar las hojas en la cima del árbol.