主要由心肌构成，心房的心肌较薄，心室的心肌很厚，左心室的最厚。心肌纤维呈螺旋状排列，大致可分为内纵、中环和外斜三层。心肌纤维多集合成束，肌束间有较多的结缔组织和丰富的毛细血管。
心室和心房的肌纤维结构和功能基本相同，但也各有一些特点。心室的肌纤维较粗较长，直径10～15μm，长约100μm.心房的肌纤维较细较短，直径6～8μm，长20～30μm，横小管很少。电镜下可见有些心房肌纤维含电子密度较大的颗粒，有膜包裹，直径0.3～0.4μm，称心房特殊颗粒(specific atrial granule)。含心房特殊颗粒的肌纤维以右心房较多，左心房较少，心室和心脏传导系统的肌纤维内也有少许心房特殊颗粒。这些颗粒中含肽类物质，称心房利钠尿多肽(atrial natriuretic polypeptide)，简称心钠素，有很强的利尿、排钠、扩张血管和降血压作用。近年研究还证明，心肌还能分泌其它多种生物活性物质，如与心钠素作用相似的脑钠素、抗心律失常肽和内源性洋地黄素(又称内洋地黄素)。心肌细胞还具有合成肾素和血管紧张素的能力，对促进心肌细胞生长，增强心肌收缩力等有重要作用。
在心房肌和心室肌之间，有由致密结缔组织组成的支持性结构，构成心脏的支架，也是心肌和心瓣膜的附着处，称心骨骼(cardiac skeleton)。心骨骼包括室间隔膜部、纤维三角和纤维环。心房和心室的心肌分别附着于心骨骼，两部分的心肌并不相连。