È costituita da lembi a doppia membrana ripetutamente avvolti attorno all'assone di cellule gliali, gli oligodendrociti (nel sistema nervoso centrale) o le cellule di Schwann (nel periferico). Gli oligodendrociti possono mielinizzare fino a 60 assoni differenti, mentre le cellule di Schwann mielinizzano un solo assone. A causa del prevalente contributo della membrana cellulare, la guaina mielinica (o semplicemente "mielina") consiste di circa il 40% di acqua e per il 60% di componente solida; tale componente solida è a sua volta composta di lipidi (79%), proteine (18%) e tracce di carboidrati.