
เส้นผมมี 3 ชั้นที่แตกต่างกันคือ
1. คิวทิเคิล (Cuticle) ชั้นนอกสุด หรือเกล็ดผม
2. คอร์เทกซ์ (Cortex) หรือโครงสร้างภายใน
3. เมดัลลา (Medulla) ส่วนนี้ไม่ได้มีในเส้นผมทุกเส้น

คิวทิเคิลหรือเกล็ดผม ประกอบด้วยชั้นที่ทับซ้อนกัน 5–10 ชั้น เมื่ออยู่ในสภาพสมบูรณ์จะเรียบและแบน ส่งผลให้เส้นผมดูสุขภาพดี เป็นประกาย และปกป้องโครงสร้างภายใน หากคิวทิเคิลเสียหาย ชั้นนอกจะยกตัวขึ้น ทำให้ภายในเส้นผมถูกเปิดออก ซึ่งนำไปสู่ความเสียหายและการสูญเสียความเงางาม
คิวทิเคิลที่สมบูรณ์ช่วยให้เส้นผมดูดซึมสารเคมีได้อย่างสม่ำเสมอ ในขณะที่คิวทิเคิลที่เสียหายจะทำให้เกิดการดูดซึมสารเคมีรวดเร็วเกินไปและไม่สม่ำเสมอ ส่งผลให้ผมมีสีเข้มเกินไปหรือไม่ได้สีผมตามต้องการ

คอร์เทกซ์คือชั้นส่วนกลางภายในเส้นผม เป็นส่วนที่สำคัญและมีความซับซ้อนที่สุดของเส้นผม
เนื่องจากคอร์เทกซ์ประกอบด้วยโซ่โปรตีน (Protein Chains), พันธะไฮโดรเจน (Hydrogen Bonds), พันธะเกลือ (Salt Bonds) และพันธะไดซัลไฟด์ (Disulfide Bonds) ซึ่งมีบทบาทสำคัญต่อการทำเคมี เช่น การทำสี การดัดผม การยืดผม หรือการบำรุงด้วยเคราติน และการที่คอร์เทกซ์เป็นโครงสร้างภายใน จึงเป็นส่วนที่ทำให้เส้นผมมีความแข็งแรงและยืดหยุ่น นอกจากนี้ยังมีเม็ดสีเมลานิน (Melanin) ที่กำหนดสีผมตามธรรมชาติอีกด้วย

เซลล์คอร์เทกซ์ประกอบไปด้วยหลายๆ แมโครไฟบริล (Macrofibrils) มารวมกัน

แมโครไฟบริลแต่ละหน่วย ประกอบด้วยไมโครไฟบริลส์ (Microfibrils)

ไมโครไฟบริล (หรือ Intermediate Filaments) ประกอบไปด้วยโพรโตไฟบริล (Protofibrils) ซึ่งแต่ละหน่วยสร้างขึ้นจากโพรโทฟิลาเมนต์ส (Protofilaments) และแต่ละโพรโทฟิลาเมนต์สร้างขึ้นจากเกลียวแอลฟา (Alpha-Helixes) หลายๆ เกลียวรวมกัน

ในส่วนที่ลึกที่สุดของเส้นผมประกอบด้วย พันธะไดซัลไฟด์ (Disulfide Bonds), พันธะไอออนิกและพันธะไฮโดรเจน (Ionic and Hydrogen Bonds) ที่รวมตัวกันเป็นเกลียวแอลฟา (Alpha-Helix)

เมดัลลาเป็นชั้นในสุดของเส้นผม แต่ไม่ได้มีอยู่ในเส้นผมทุกประเภท ส่วนใหญ่พบในเส้นผมปกติจนถึงเส้นผมที่มีเท็กซ์เจอร์หนาหรือหยาบ เมดัลลาไม่ได้มีผลต่อการตอบสนองของเส้นผมต่อกระบวนการเคมี แต่สามารถช่วยเพิ่มความเงางามและสีสันของเส้นผมได้โดยกระตุ้นการสะท้อนแสง
ระหว่างเซลล์คอร์เทกซ์ ระหว่างเซลล์คิวทิเคิลแต่ละเซลล์ และระหว่างคอร์เทกซ์กับคิวทิเคิลนั้น มีเซลล์เมมเบรนคอมเพล็กซ์ที่ประกอบด้วยลิปิด (Lipid) และโปรตีน (Protein) ทำหน้าที่เป็นเหมือนกาวช่วยยึดส่วนประกอบต่างๆ ของเส้นผมเข้าด้วยกัน โดยมีเมทริกซ์ (Matrix) ล้อมรอบเส้นใยฮีลิคัล (Helical Filaments)

ลิปิดเป็นคำที่ใช้อธิบายกลุ่มของกรดไขมัน (Fatty Acids), ไทรอะซิลกลีเซอไรด์ส (Triacylglycerides) หรือไขมันและน้ำมันไขมัน, แวกซ์ต่างๆ (Waxes), ฟอสโฟลิปิดส์ (Phospholipids), สฟิงโกลิปิดส์ (Sphingolipids), ไลโพพอลิแซ็กคาไรด์ส (Lipopolysaccharides) และไอโซพรีนอยด์ส (Isoprenoids) เช่น สเตียรอยด์ส (Steroids) แคโรทีนอยด์ส (Carotenoids) ฯลฯ
ปิดเป็นส่วนประกอบตามธรรมชาติในเส้นผม ระดับลิปิดที่สมดุลช่วยให้เส้นผมแข็งแรง เงางาม และมีความยืดหยุ่น การทำเคมีหรือการใช้อุปกรณ์จัดแต่งทรงผมอาจทำให้สูญเสียลิปิด ซึ่งส่งผลให้เส้นผมอ่อนแอ พรุน และดูไร้ชีวิตชีวา
เรียนรู้เพิ่มเติมเรื่องเส้นผมได้ที่น