髓質主要由排列成索或團的髓質細胞組成，其間為竇狀毛細血管和少量結締組織。髓質細胞呈多邊形，如用含鉻鹽的固定液固定標本，胞質內呈現出黃褐色的嗜鉻顆粒，因而髓質細胞又稱為嗜鉻細胞(chromaffincell)。另外，髓質內還有少量交感神經節細胞，胞體較大，散在分布于髓質內。
電鏡下，髓質細胞最顯著的特征是，胞質內含有許多電子密度高的膜被分泌顆粒，直徑150～350nm。根據顆粒內含物質的差別，髓質細胞分為兩種。
一種為腎上腺素細胞，顆粒內含腎上腺素(adrenaline)，此種細胞數量多，約占人腎上腺髓質細胞的80%以上。
另一種為去甲腎上腺素細胞，顆粒內含去甲腎上腺素(noradrenaline)。腎上腺素和去甲腎上腺素為兒茶酚胺類物質。
此外，兩種細胞的顆粒內尚含atp及嗜鉻顆粒蛋白，它們與腎上腺素或去甲腎上腺素組成復合物貯存在顆粒內。髓質細胞可與交感神經節前纖維形成突觸，節前纖維末梢釋放之酰膽堿作用髓質細胞，引起髓質細胞分泌顆粒釋放腎上腺素或去甲腎上腺素入血。腎上腺素使心率加快、心臟和骨骼肌的血管擴張;去甲腎上腺素使血壓增高，心臟、腦和骨骼肌內的血流加速。
腎上腺髓質主要由高度分化的嗜鉻細胞組成，嗜鉻細胞形狀不一，形成由神經和結締組織包圍的不規則索狀或球狀細胞群。一些低等動物和哺乳類的嗜鉻細胞可分為腎上腺素分泌細胞和去甲腎上腺素分泌細胞，人類髓質內兒茶酚胺以腎上腺素為主，約占85%。嗜鉻細胞內含有大量的去甲腎上腺素和腎上腺素，后者約占85%。腎上腺素、去甲腎上腺素及多巴胺統稱為兒茶酚胺，除對周圍組織產生作用外，也是中樞神經系統重要的神經遞質。