无色、透明。外层为硅质，内层为果胶质。细胞壁含果胶和二氧化硅，质坚硬，常由套合的两瓣组成，并有呈辐射对称(辐射硅藻目)或左右对称(羽纹硅藻目)排列的花纹。

(1) 壳面和带面:细胞壁的构造像一个盒子，套在外面的较大，为上壳;套在里面的较小，为下壳。硅藻上﹑下壳相互套合。上壳和下壳都不是整块的，皆由壳面(Valve)和相连带(Connecting band)两部分组成。壳面平或略呈凹凸状，壳面边缘略有倾斜的部分，叫壳套(Valve mantle):与壳套相连，和壳面垂直的部分，叫相连带，亦称带面。

(2) 间生带:有些种类在壳套与相连带之间具有间生带，凡贯壳轴较长的种类都有间生带，其数目1条2条或多条，花纹形状主要有三类:鱼鳞状，如卡氏根管藻Rhizosolenia castracanei;环状，如杆线藻Rhabdonema;领状，如环形娄氏藻Lauderia annulatus和中肋角毛藻Chaetoceros costatus。

(3) 隔片:具间生带的种类，有向细胞腔内伸展成片状的结构，称隔片(septum)。如果隔片一端是游离的，称为假隔片，如斑条藻(Grammatophora);如果隔片从细胞的一端通到另一端，则称为全隔片或真隔片，如楔藻(Climacosphenia)。间生带和隔片都具增强细胞壁的作用。

(4) 突出物:硅藻细胞表面有向外伸展的多种多样的突出物，有突起、刺、毛、胶质线等。它们有增加浮力和相互连接的作用。

突起:是细胞壁向外的头状突出物，如弯角藻Ercampia。

刺:一般细而不长，末端尖，其数目、长短不一，最粗大的刺如双尾藻Ditylum，中等的刺如盒形藻Biddulphia，较小的刺如圆筛藻Cascinodiscus的缘刺。

毛:为较细长的突出物，长度常为细胞直径的数倍，有的种类在粗毛里还有色素体，这是毛与刺的最大区别。此外还有膜状突起(如太阳漂流藻)和胶质线、胶质块等胶质突起(如海链藻)。

(5) 花纹:硅藻细胞壁上都具排列规则的花纹，主要有点纹:为普通显微镜下可分辨的细小孔点，单独或成条(点条纹);线纹:这是由硅质壁上许多小孔点紧密或稀疏排列而成，在普通显微镜下观察时，无法分辨而是一条直线状;孔纹:为硅质壁上粗的孔腔，中心硅藻纲的孔纹基本为六角形，其结构很复杂;肋纹:为硅质壁上的管状通道，内由隔膜分成小室或壁上因硅质大量沉积而增厚。

(6) 三轴和三面:按硅藻细胞的方位分为纵轴、横轴和贯壳轴。由纵轴和横轴形成上、下壳面。由纵轴、贯壳轴形成长轴带面。由横轴、贯壳轴形成短轴带面。从壳面看，称壳面观;从带面(壳环面)看，称带面观(侧面观)。壳面和带面形状截然不同。通常中心硅藻类壳面呈辐射对称，多为圆形、椭圆形，也有三角形或多角形的;羽纹硅藻类，壳面一般细长，呈两侧对称，有舟形、卵形、弓形、S形、菱形、新月形和椭圆形等。带面(壳环面)一般为长方形、方形或楔形等。

纵轴(Apical axis):为壳面中央的纵线，又称顶轴、长轴。

横轴(Transapical axis):为壳面中央的横线，又称切顶轴、短轴。

贯壳轴(Pervalvar axis):是上、下壳面中心点的相连线，又称壳环轴。

硅藻的光合作用色素主要有叶绿素a、c1 、c2以及β胡萝卜素，岩藻黄素、硅藻黄素等。色素体呈黄绿色或黄褐色，形状有粒状、片状、叶状、分枝状或星状等。

主要是油滴，显微镜下观察，油点常呈小球状，光亮透明。

硅藻的细胞核一个,常位于细胞中央，在液泡很大的细胞中，常被挤到一侧。用甲基蓝或尼罗蓝稀溶液染色，可见到细胞核。