头发由毛表皮、毛皮质、毛髓质三层组成，毛表皮是由裹在毛皮质内核外部一系列扁平的细胞组成的。每个毛表皮细胞厚度大约为0.5 微米，长度 (头发轴方向)45-60 微米，暴露在表面的部分 (鳞片部分) 约为6-7 微米。细胞之间隔着厚度约为25 纳米的细胞膜复合体CMC。细胞与头发轴向夹角约5°，每根头发大概有这样的表皮细胞5-10层，从发根至发梢层数逐渐减少。

精细的动物毛发仅由毛表皮和毛皮质组成，伴随着纤维增粗，可观察到第三种细胞即毛髓质。在较粗的动物毛发中例如马尾毛，毛髓质占纤维总质量的较大部分。

而在人类的毛发中，即使含有毛髓质，也是占该纤维的一小部分。毛髓质或不存在，或以多种形式存在于毛发中：沿着纤维的方向连续，或间断存在，有时甚至可以观察到双毛髓质或分叉的毛髓质。

几乎所有的美发护发材料等都沉积在毛表皮上，未被损坏的毛表皮提供了一个非常好的保护屏障，能够阻止美发护发用品中色素等物质进入纤维的中心部位。

毛表皮还有助于保护整个纤维免受降解，并在头部保持约三年的寿命。在不锈钢压板之间压制的头发能够使钢压入鳞片的样式，实验表明毛表皮的外表面有着相当大的硬度，这种特性有助于纤维承受外部的机械损伤。