气管与主支气管的管壁结构相似，均可由内向外依次分为黏膜、黏膜下层和外膜三层。

一、黏膜

由上皮和固有层组成。前者为假复层纤毛柱状上皮，由纤毛细胞、杯状细胞、刷细胞、基细胞和小颗粒细胞组成，具体如下：

1、纤毛细胞：最多，呈柱状，游离面有密集的纤毛，纤毛向咽部快速摆动，将黏液及其黏附的尘埃、细菌等推向咽部咳出，以净化吸入的空气。

1、杯状细胞：较多，形态与肠黏膜杯状细胞相同。分泌的黏蛋白与混合性腺的分泌物在上皮表面构成黏液性屏障，可黏附空气中的异物颗粒，溶解吸入的SO2等有毒气体。

2、刷细胞：较少，呈柱状，游离面有排列整齐的微绒毛，形如刷状。刷细胞的功能尚未定论。有报道，在刷细胞基部有与感觉神经末梢形成突触，故认为该细胞可能有感受刺激的作用。

3、小颗粒细胞：较少，锥形，单个或成团分布在上皮深部，细胞质内有许多分泌颗粒，含5-羟色胺等物质，可调节呼吸道平滑肌的收缩和腺体的分泌。

4、基细胞：呈锥形，位于上皮深部，为干细胞可增殖分化为上皮中其他各类细胞。在上皮中还可见梭形细胞，它们是处于分化过程中的细胞衰老的纤毛细胞和杯状细胞会不断脱落。

光镜下，上皮与固有层之间基膜明显。固有层结缔组织中有较多弹性纤维，也常见淋巴组织，具有免疫防御功能。其中的浆细胞与上皮细胞联合分泌IgA，释放入管腔，对细菌病毒有杀灭作用。

二、黏膜下层

为疏松结缔组织，与固有层和外膜无明显界限，其内有较多混合性腺，也称气管腺。

三、外膜

较厚，主要含16-20个C字形透明软骨环，软骨环之间以弹性纤维构成的膜状韧带连接，它们共同构成管壁的支架。软骨环的缺口处为气管膜性部，内有弹性纤维组成的韧带、平滑肌束和气管腺。咳嗽反射时平滑肌收缩，使气管腔缩小，有助清除痰液。