Seit vielen Jahren schon ist es möglich, Holzstrukturen durch Betrachtung dünner Schnitte unter einem optischen Mikroskop zu untersuchen, aber die Zahl der hierbei erkennbaren Einzelheiten ist begrenzt. Da ein Elektronenstrahl eine viel kürzere Wellenlänge als ein Lichtstrahl hat, kann man mit einem Durchstrahlungs-Elektronenmikroskop noch viel kleinere Strukturen erkennen. Eine jüngere und noch eindrucksvollere Weiterentwicklung ist jedoch das elektronische Rastermikroskop, das eine solche Tiefenschärfe hat, dass seine Bilder plastisch wirken und die innere »Architektur« des Holzes sichtbar machen.
Dieses erstaunliche Instrument hat uns die Zellwandstruktur vor Augen geführt, die man zuvor anhand optischer und anderer Untersuchungsmethoden lediglich deduziert hatte. Holz besteht aus Zellulose-Molekülketten, die lange, bündelförmige Einheiten bilden, die man als Mikrofibrillen bezeichnet. Diese Mikrofibrillen sind in einer Matrix aus Lignin und Hemizellulosen eingelagert. Die Mikrofibrillen geben dem Holz seine Zug- und Biegefestigkeit, während ihm das Lignin Steifigkeit verleiht. Unter dem Elektronenmikroskop sind die Mikrofibrillen sichtbar, und ihre Orientierung in der komplex geschichteten Zellwandstruktur ist deutlich zu erkennen.
Bei ihrer Abtrennung vom Kambium hat die Zelle zunächst eine Primärwand aus einem Gerüst locker verknüpfter Mikrofibrillen, das eine Größenzunahme der Zelle erlaubt. Bei weiterem Wachstum wird innen an diese Primärwand eine zweite und viel dickere Wand angelagert, die meist aus drei Schichten besteht. Ihre Außen- und ihre Innenschicht sind dünn, die Zentralschicht ist dagegen mächtiger entwickelt, und ihre Mikrofibrillen verlaufen meist in Richtung der Zellenlängsachse. Die physikalischen und mechanischen Holzeigenschaften sind in hohem Maße von dieser dicken Zentralschicht der sekundären Zellwand abhängig.
Dem Wassertransport von Zeile zu Zelle dienen bei Laubhölzern kleine Öffnungen oder Durchbrechungen in der Membran zwischen benachbarten Gefäßen. Bei den Nadelhölzern übernehmen die Wasserteilung bewegliche Ventile oder Tüpfel in den Wänden der Frühholz- und Markstrahl-Tracheiden. Mit diesen feinen Einzelheiten der Zellstruktur und des Aufbaus der Zellwände hat uns das Rasterelektronenmikroskop buchstäblich die Augen für den unglaublichen Detail- und Formenreichtum im Holz geöffnet.