水绵每个细胞的形态结构不一定相同。水绵为多细胞丝状结构个体，叶绿体呈带状，有真正的细胞核，含有叶绿素可进行光合作用。水绵的藻体是由1列圆柱状细胞连成的不分枝的丝状体，由于藻体表面有较多的果胶质，用手触摸时颇觉粘滑。在显微镜下，可见水绵每个细胞中有1至多条带状叶绿体，呈双螺旋筒状绕生于紧贴细胞壁内方的细胞质中，在叶绿体上有1列蛋白核。细胞中央有1个大液泡。1个细胞核位于液泡中央的一团细胞质中。核周围的细胞质和四周紧贴细胞壁的细胞质之间，有多条呈放射状的胞质丝相连。