髓质主要由排列成索或团的髓质细胞组成，其间为窦状毛细血管和少量结缔组织。髓质细胞呈多边形，如用含铬盐的固定液固定标本，胞质内呈现出黄褐色的嗜铬颗粒，因而髓质细胞又称为嗜铬细胞(chromaffincell)。另外，髓质内还有少量交感神经节细胞，胞体较大，散在分布于髓质内。
电镜下，髓质细胞最显著的特征是，胞质内含有许多电子密度高的膜被分泌颗粒，直径150～350nm。根据颗粒内含物质的差别，髓质细胞分为两种。
一种为肾上腺素细胞，颗粒内含肾上腺素(adrenaline)，此种细胞数量多，约占人肾上腺髓质细胞的80%以上。
另一种为去甲肾上腺素细胞，颗粒内含去甲肾上腺素(noradrenaline)。肾上腺素和去甲肾上腺素为儿茶酚胺类物质。
此外，两种细胞的颗粒内尚含atp及嗜铬颗粒蛋白，它们与肾上腺素或去甲肾上腺素组成复合物贮存在颗粒内。髓质细胞可与交感神经节前纤维形成突触，节前纤维末梢释放之酰胆碱作用髓质细胞，引起髓质细胞分泌颗粒释放肾上腺素或去甲肾上腺素入血。肾上腺素使心率加快、心脏和骨骼肌的血管扩张;去甲肾上腺素使血压增高，心脏、脑和骨骼肌内的血流加速。
肾上腺髓质主要由高度分化的嗜铬细胞组成，嗜铬细胞形状不一，形成由神经和结缔组织包围的不规则索状或球状细胞群。一些低等动物和哺乳类的嗜铬细胞可分为肾上腺素分泌细胞和去甲肾上腺素分泌细胞，人类髓质内儿茶酚胺以肾上腺素为主，约占85%。嗜铬细胞内含有大量的去甲肾上腺素和肾上腺素，后者约占85%。肾上腺素、去甲肾上腺素及多巴胺统称为儿茶酚胺，除对周围组织产生作用外，也是中枢神经系统重要的神经递质。