В центральной части клетки Спирулины находится 
генофор (нуклеоид), который состоит из нескольких хроматиносом. Помимо этого в клетке содержится несколько структур, окружённых цитозолем: фотосинтетические ламеллы, гранулы цианофицина, кабоксиомы, цилиндрические тельца, рибосомы, полиглюкациновые гранулы, газовые вакуоли, полифосфатные гранулы и т. д. Основная часть хлорофилла и каротиноида локализована в фотосинтетических ламеллах. Их также считают основным местом запасов внутриклеточного азота наравне с цианофитовыми гранулами, состоящими из аргинина и аспарагиновой кислоты. В полиглюкановых гранулах происходят клеточные накопления в условиях ограниченной скорости клеточного размножения. Полиэдрические тельца или карбоксиомы появляются при высоких уровнях освещенности и содержат рибулозобифосфаткарбоксилазу и некоторые другие ферменты. Газовые вакуоли занимают значительную часть клеточного объёма. Они образованы многочисленными везикулами с цилиндрическими продольными сечениями и шестиугольным поперечным сечением. Как полагают многие исследователи, они обеспечивают плавучесть Спирулины.
