微細構造（びさいこうぞう 英 Ultrastructure）は、生物学の分野では生物体に見られるさまざまな構造のうちで、光学顕微鏡では判別できないくらい細かな構造のことを指す。英原語を直訳すると超構造になり、用語の対訳としては超微細構造という語があるが、現実的にはこの語が使われることが増えている。
生物学は、顕微鏡を使うことで大幅な進歩を遂げ、顕微鏡は生物学にとって無くてはならない道具となった。生物体は大きいものも実は顕微鏡サイズの構造の積み重ねであることが判明し、微生物のように顕微鏡でなければ発見されない生物も見つかった。20世紀初期までは、顕微鏡で見分けられる限界が知識の限界であった。しかし、同時にその限界より向こうに必要な情報が存在することも分かってきていた。例えば細胞膜の存在は認められるが、それは顕微鏡では確認できないものであった。生化学や分子生物学の進歩はその構造モデルを提出しつつあったが、その裏付けは得難かった。また、微生物学の発展は、顕微鏡では見えない大きさの病原体（ウィルス）の存在を証明した。
一般の顕微鏡（光学顕微鏡）の分解能（どれだけ細かいところが見分けられるか）は理論上、光の波長と同じ100nmのオーダーであり、これでは小さなバクテリア（1マイクロメートル前後）くらいまでは見分けられるが、その細部はもう区別できない部分となる。ウィルスの場合はその存在も確認できない。この限界を打破したのが電子顕微鏡である。可視光線の代わりに電子線を用いることで、はるかに細かいものを見分けられるようになった。その理論上の分解能は0.3nmであり、原子の大きさ（直径0.1nm程度）に迫る。
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生物学はそれによってウィルスを見ることができるようになったが、それ以上に驚くべきであったのは、それまで知られていたさまざまな構造に、さらに精密な内部構造が存在することが分かったことである。そこで、電子顕微鏡によってそれまでに知られていた様々な構造を見直す必要が生じ、それによって発見された構造のことを微細構造 (Ultrastructure) というようになったのである。言い換えれば、電子顕微鏡でなければ見えない構造のことである。したがって、「○○の微細構造の研究 (Ultrastructural study of ○○)」という論文の題名は、「○○を電子顕微鏡を使って調べました」とほぼ同義である。