Gồm 1 neuron vận động và các sợi cơ mà nó chi phối (vài sợi –hàng nghìn sợi). Số sợi cơ trong mỗi đơn vị vận động tùy thuộc vào loại cơ. Các cơ lớn chịu trách nhiệm tạo lực và tư thế có vài trăm đến vài nghìn sợi cơ, các cơ thực hiện động tác chính xác chỉ có vài sợi cơ. Mỗi sợi cơ vân chỉ nhận một nhánh tận cùng. Cơ co càng mạnh thì càng có nhiều đơn vị vận động tham gia. Tần số xung động theo sợi thần kinh tới đơn vị vận động tăng làm tăng lực co.
Có hai loại đơn vị vận động là đơn vị vận động nhanh, chậm
Các đơn vị vận động chậm gồm những sợi có kích thước nhỏ, nhiều ty thể, mao mạch xung quanh, myoglobin, lượng glycogen thấp, khi co đòi hỏi nhiều oxy nên còn gọi là cơ “đỏ” tham gia các động tác duy trì tư thế, không tạo ra lực lớn nhưng có khả năng co lâu do nguồn năng lượng co cơ chủ yếu lấy từ chu trình Krebs và sự phosphoryl-oxy hóa. Tốc độ co chậm do các cầu nối có hoạt tính ATPase yếu và do mạng lưới nội cơ tương tái hấp thu calci chậm.
Các đơn vị vận động nhanh có những sợi kích thước lớn, tạo ra lực co mạnh. Tốc độ co nhanh do các cầu nối có hoạt tính ATPase mạnh và do mạng lưới nội cơ tương tái hấp thu calci nhanh. Sợi cơ loại này chóng mỏi vì có ít ty thể nên không chuyển hóa theo con đường oxy hóa được. Năng lượng cho co cơ dựa vào việc phân giải glycogen để sinh ra ATP. Mỏi cơ xuất hiện khi dự trữ glycogen trong cơ giảm. Do sợi cơ không chuyển hóa theo con đường oxy hóa nên có ít mao mạch tới các sợi cơ này nên còn được gọi là cơ “trắng” tham gia các động tác đi lại, chạy…
