La struttura microscopica della dentina è piuttosto complessa. Microscopici canali, detti "tubuli dentinali" si irradiano dall'interno del dente, dalla polpa, verso l'esterno; nella dentina coronale hanno un andamento a s corsiva (sigmoide), più rettilineo nella radice; il diametro dei tubuli è massimo vicino alla polpa (2,5 µm) e si riduce progressivamente fino a 0,9 µm in prossimità dello smalto o del cemento, dove possono terminare con delle ramificazioni. I tubuli contengono processi odontoblastici detti fibre di Tomes (lunghe propaggini che si dipartono dalle cellule odontoblastiche situate nella periferia della polpa dentaria) e fluido dentinale (simile al plasma sanguigno), indispensabili per il nutrimento e per la sensibilità della dentina.