เป็นชั้นที่อยู่นอกสุดของเซลล์พืช มีบทบาทในการยึดเซลล์เข้าด้วยกันให้เป็นเนื้อเยื่อ โครงสร้างประกอบด้วยโมเลกุลของเซลลูโลสที่เป็นองค์ประกอบหลักของผนังเซลล์มีลักษณะเป็นสาย เรียงตัวตามยาวเป็นกลุ่มๆ แต่ละกลุ่มเรียกไมเซล (Micelle) ซึ่งประกอบด้วยเซลลูโลส 100 โมเลกุล ไมเซลแต่ละกลุ่มมาเรียงตัวกันแบบหลวมๆ เชื่อมโยงกันเป็นตาข่าย ภายในช่องระหว่างสายของไมเซลมีสารกลุ่มลิกนิน คิวติน ซูเบอริน และเพกตินแทรกอยู่ จากนั้นไมเซลแต่ละกลุ่มรวมตัวกันเป็นไมโครไฟบริลซึ่งมีเซลลูโลสราว 2,000 โมเลกุล ไมโครไฟบริลมารวมตัวกันเป็นแมกโครไฟบริล ซึ่งมีเซลลูโลส ประมาณ 500,000 โมเลกุลช่องว่างระหว่างเส้นใยเหล่านี้มีสารที่ไม่ใช่เซลลูโลสแทรกอยู่

การเรียงตัวของไมโครไฟบริลในผนังเซลล์ชั้นแรกและชั้นที่สองจะต่างกันผนังเซลล์ชั้นแรกสร้างขึ้นระหว่างที่เซลล์กำลังเจริญเติบโต เส้นใยที่สร้างครั้งแรกจะเรียงไขว้กัน เมื่อเซลล์ขยายขนาด ไมโครไฟบริลเดิมถูกดึงตัวไปในแนวต่างๆกัน และมีการสร้างไมโครไฟบริลใหม่ๆตลอดเวลา เมื่อเจริญเต็มที่ ไมโครไฟบริลที่สร้างก่อนมักจะเรียงตัวขนานตามแนวแกนตามยาวของเซลล์ ส่วนไมโครไฟบริลที่สร้างขึ้นภายหลังเรียงตัวในแนวขวางเป็นวงรอบเซลล์ และอยู่ชิดกับเยื่อหุ้มเซลล์มากกว่า ส่วนผนังเซลล์ชั้นที่สองนั้น สร้างขึ้นหลังจากเซลล์หยุดขยายขนาดแล้ว การเรียงตัวจึงเป็นระเบียบกว่าผนังเซลล์ชั้นแรก [1]

ผนังเซลล์ของพืชไม่ได้เป็นส่วนที่ทึบตันตลอด แต่จะมีช่องให้เซลล์ที่อยู่ใกล้เคียงกันสามารถส่งสารเคมีระหว่างกันได้และยอมให้น้ำและสารอาหารผ่านได้ โดยผ่านบริเวณที่มีผนังบางหรือเป็นรูเรียก พิท (Pit) ซึ่งมีช่องเล็ก ๆ ให้ไซโตพลาสซึมผ่านได้ เรียกพลาสโมเดสมาตา (Plasmodesmata)

• ผนังเชื่อมยึดระหว่างเซลล์ (Middle lamella) เป็นชั้นที่เกิดขึ้นเมื่อเซลล์พืชแบ่งตัว ประกอบด้วยเพกตินที่อยู่ในรูปแคลเซียมเพกเตต และแมกนีเซียมเพกเตต อยู่ตรงกลางระหว่างผนังเซลล์ชั้นแรกของเซลล์ 2 เซลล์ มีขนาดบางมากและมีคุณสมบัติเหนียว มองไม่เห็นด้วยกล้องจุลทรรศน์ทั่วไป
• ผนังเซลล์ปฐมภูมิ (Primary cell wall) เป็นผนังเซลล์ชั้นแรกที่เซลล์สร้างขึ้น ตั้งแต่ระยะที่กำลังเติบโตจนถึงโตเต็มที่ อยู่ด้านนอกสุดของเซลล์ ประกอบด้วยเซลลูโลส เฮมิเซลลูโลส เพกติน เซลล์พืชที่มีเฉพาะผนังเซลล์ชั้นนี้ เช่น เซลล์พาเรนไคมา
• ผนังเซลล์ทุติยภูมิ (Secondary cell wall) เป็นผนังชั้นในสุด สร้างขึ้นหลังจากที่เซลล์หยุดขยายตัว ประกอบด้วยเซลลูโลส ซูเบอริน (Suberin) คิวติน (Cutin) มีความหนาและแข็งแรงกว่าผนังเซลล์ชั้นแรก การที่มีลิกนินและซูเบอรินเป็นส่วนประกอบ ทำให้น้ำไม่สามารถผ่านผนังเซลล์ชั้นนี้ได้ เซลล์ที่สร้างผนังเซลล์ชั้นนี้สมบูรณ์แล้วมักจะตาย ตัวอย่างเซลล์ที่มีผนังเซลล์ชั้นนี้คือเส้นใย (Fiber) เทรคีด (Tracheid) และสเคลอเรนไคมา (Sclerenchyma)