Mięśnie charakteryzuje sprężystość, napięcie umożliwiające szybszą reakcję na pobudzenie oraz zdolność do skurczu. Objawem pracy mięśni jest ich skurcz, który następuje pod wpływem impulsu nerwowego docierającego do włókna mięśniowego za pośrednictwem nerwu ruchowego.
Komórka mięśniowa (włókno mięśniowe) wypełniona jest ułożonymi w pęczki włókienkami kurczliwymi (miofibrylami), które zbudowane są z dwóch rodzajów włókienek białkowych (filamentów), odpowiadających za skurcz mięśnia: filamentów cienkich i filamentów grubych. Regularny układ filamentów uwidocznia się w naprzemiennym układzie prążków jasnych i ciemnych wzdłuż miofibryli. W połowie każdego prążka jasnego znajduje się tzw. linia Z, do której z obu jej stron przyczepione są filamenty cienkie. Natomiast filamenty grube są częściowo wsunięte między filamenty cienkie. Obszar zawarty między dwiema liniami Z nosi nazwę sarkomeru i jest funkcjonalną jednostką miofibryli. Filamenty grube zawierają cząsteczki białka miozyny, przy czym każda cząsteczka składa się z części o kształcie pałeczki oraz tzw. główki. Filamenty cienkie zbudowane są z cząsteczek białka aktyny tworzących dwa splecione wokół siebie łańcuchy połączone z białkami troponiną i tropomiozyną.
Podczas skurczu komórki mięśniowej następuje skrócenie wszystkich sarkomerów, co spowodowane jest wsuwaniem się filamentów grubych między filamenty cienkie. Mechanizm ten nazywany jest mechanizmem ślizgowym.
Model ślizgowy skurczu mięśnia (wg Alberts, 1999)
Dla przesunięcia się filamentów niezbędne jest ATP. Przyłącza się ono do główki w cząsteczce miozyny i ulega hydrolizie do ADP i fosforanu nieorganicznego, co powoduje zmianę położenia główki w stosunku do pałeczkowatej reszty cząsteczki miozyny. Dzięki temu główka miozyny może związać się z aktyną. Towarzyszy temu odłączenie się fosforanu (V) i wyzwolenie energii. Efektem jest ścisłe związanie główki miozynowej z aktyną, co wyzwala kolejne zmiany. Podczas tych zmian odłącza się ADP, a przesuwająca się główka miozyny połączonej z aktyną ciągnie filament cienki. Ponieważ główki wszystkich cząsteczek miozyny tworzących filament gruby przesuwają się płynnie wzdłuż filamentu cienkiego, efektem jest przesunięcie tego ostatniego. Zatem filament cienki ślizga się po filamencie grubym.
Do skurczu mięśniowego, poza aktyną i miozyną, konieczna jest też obecność jonów Ca2+. Znajdują się one w retikulum endoplazmatycznym komórek mięśniowych, a ich uwolnienie z retikulum następuje po pobudzeniu komórki mięśniowej przez impuls nerwowy, który dociera w postaci fali depolaryzacyjnej do zakończeń neuronu, gdzie znajduje się synapsa nerwowo-mięśniowa (tzw. płytka motoneuronalna). Wydzielany do synapsy neuroprzekaźnik, acetylocholina, wywołuje pobudzenie błony komórki mięśniowej. Rozprzestrzenienie się pobudzenia wewnątrz włókna mięśniowego odbywa się przez system błon wewnątrzkomórkowych tworzących tzw. kanaliki T, które biegną od błony komórkowej do wnętrza komórki. Kiedy fala depolaryzacyjna dotrze do błon retikulum, powoduje otwarcie w nich kanałów wapniowych. Wypływające jony Ca2+ łączą się z białkiem troponiną w filamentach cienkich, przez co tropomiozyna traci swoje działanie hamujące w stosunku do połączenia aktyny z miozyną. Stąd miozyna może połączyć się z aktyną. Po ustaniu pobudzenia jony Ca2+ są usuwane z sarkoplazmy do retikulum endoplazmatycznego przez pompy wapniowe. Brak Ca2+ w sarkoplazmie powoduje powrót tropomiozyny i troponiny do ich poprzedniego położenia w filamencie cienkim, w wyniku czego zostaje zablokowane łączenie się miozyny z aktyną.
Skurcz mięśni szkieletowych trwa około 1/10 sekundy, mięśnia sercowego od 1-5 sekund, mięśni gładkich od 3-180 sekund. Podstawowy mechanizm skurczu mięśni gładkich i mięśnia sercowego jest podobny do mechanizmu skurczu mięśni szkieletowych. Różnice biochemiczne wynikają z pełnionych przez te mięśnie funkcji.
ATP zmagazynowany w mięśniach wystarcza na ułamek sekundy. Potem otrzymywany jest on z rozkładu substancji zwanej fosfokreatyną, następnie z utleniania glukozy, która w dużej mierze powstaje z rozkładu glikogenu. Na końcu utleniane są tłuszcze. Intensywnie przebiegające procesy utleniania wymagają dostarczenia dużych ilości tlenu. Dlatego też w mięśniach tlen jest magazynowany dzięki połączeniu z mioglobiną (barwnik oddechowy). Przy niedoborze tlenu glukoza jest rozkładana do kwasu mlekowego, co zaburza pracę włókien mięśniowych.