纖維和細小纖維的許多化學性能取決于它們的化學組成，以木纖維為例，其大致組成為

40%～50%纖維素，20%～30%半纖維素，20%～30%木素，1%～10%的抽提物。前三種主要成分的分子結構如下。

纖維素是由葡萄糖單元通過C1和C4縮醛鍵結合的苷鍵多糖結構，葡萄糖鍵為p構象，圖2示出纖維素分子結構的示意圖，一根纖維大約由10000個葡萄糖單元組成，葡萄糖單元以平面鋸齒狀連在一起，纖維表面的纖維素鏈含有羥基，羥基會參與紙中纖維間結合。

半纖維素也是一種多糖結構，包括木糖、半乳糖、甘露糖、阿拉伯糖等，有支鏈，比纖維素分子量低，通常含有400個葡萄糖單元。半纖維素與水強烈反應并在打漿中對纖維潤脹有很大作用，也對紙中纖維間結合力有幫助。闊葉木半纖維素以聚木糖為主，針葉木半纖維素則以聚葡萄糖甘露糖為主。圖3為闊葉木半纖維素聚木糖分布的示意圖。

木素對木材中纖維在一起起主要作用，由苯丙烷基單元組成，包括許多C —C 鍵。呈網狀結構，分子量高，結構復雜(見圖4)。木素對纖維結合能力有不利影響，在水中對纖維的潤漲有阻止作用。