Las células de la región S1 tiene microvellosidades largas (1.3 a 1.6 mm) estrechamente empacadas entre sí y un sistema de cavéolas intermicrovellosas, los canalículos apicales que se extienden hacia el citoplasma apical (fig. 19-12t. Este sistema es más extenso durante la diuresis activa, lo que sugiere que funciona en la resorción de proteínas durante la depuración tubular del filtrado glomerular. En estas células se encuentran mitocondrias, aparato de Golgi, y otros componentes celulares normales. Las proyecciones laterales y basales complejas se pueden extender casi a toda la longitud de la célula. Estas proyecciones son largas y estrechas, y suelen albergar mitocondrias tubulares alargadas.

.Las células que componen la región S2 del túbulo proximal son semejantes a la de la región S1, pero cuentan con menos mitocondrias y canalículos apicales, tienen proyecciones intracelulares menos complejas, y su altura es baja.

Las células de la región S3 son cuboideas bajas con pocas mitocondrias. Estas células tienen solo proyecciones intercelulares infrecuentes y no cuentan con canalículos apicales

Las células del túbulo proximal resorben cerca de 80% del sodio, el cloruro y el agua desde el ultrafiltrado glomerular, y lo transportan al extremo del tejido conectivo. Una bomba de sodio relacionada con ATPasa de Na y K bombea activamente al sodio desde el interior de la célula a nivel de las membranas celulares basolaterales. El sodio va seguido por Cl para conservar la neutralidad eléctrica, y por agua para conservar el equilibrio osmótico, por añadidura, las células del túbulo proximal resorben la totalidad de la glucosa, aminoácidos y proteínas del ultrafiltrado glomerular.