Клетки эпидермиса называют эпидермоцитами. Основную массу их составляют к легки, выполняющие кератинообразовательную функцию, базальные, шиповатые и зернистые кератиноциты. В эпидермисе имеются также клетки, осуществляющие различные функции:
пигментообразовательную — меланоциты, происходящие из нервного гребешка; рецепторную — осязательные клетки (клетки Меркеля), происхождение которых точно не установлено; фагоцитарную — белые отростчатые эпидермоциты (клетки Лангерганса), происходящие, по-видимому, из мезодермы.

Самый глубокий слой эпидермиса, граничащий непосредственно с дермой — базальный слой (stratum basale). Он состоит из одного ряда призматических клеток, разъединенных узкими щелевыми пространствами, так называемыми межклеточными канальцами. Основную массу клеток составляют кератиноциты. Овальные ядра этих клеток богаты хроматином, интенсивно окрашиваются основными ядерными красками и представляются значительно более темными, чем ядра клеток вышележащих слоев. Являясь основными ростковыми (камбиальными) элементами эпидермиса, из которых путем постепенной дифференцировки образуются клетки всех лежащих выше слоев, базальные кератиноциты размножаются делением (митоз). В цитоплазме верхнего полюса кератиноцитов, под ядром, располагаются зерна меланина. У людей со светлой кожей пигмент содержится почти исключительно в клетках базального слоя и лишь на отдельных участках кожного покрова, представляющихся и в норме более темными (молочной железы, кожа мошонки, окружность анального отверстия), может быть обнаружен в клетках шиповатого слоя, что для людей с темной кожей является нормальным. Между базальными кератиноцитами располагаются меланоциты. Это отростчатые клетки, цитоплазма которых заполнена зернами меланина (прежнее название этих клеток — дендритические аргирофильные). Своими отростками меланоциты смыкаются с несколькими соседними кератиноцитами. Функция пигментообразования присуща меланоцитам. Наличие пигментных зерен в кератиноцитах объясняется вторичным проникновением их по отросткам меланоцитов. Меланин образуется в цитоплазме меланоцитов путем полимеризации продуктов окисления аминокислоты тирозина, возникающих под влиянием фермента тирозиназы, которая содержится в этих клетках. Активность тирозиназы зависит от присутствия ионов меди. Регуляция меланогенеза осуществляется меланоцитстимулируюшим гормоном, вырабатываемым гипофизом, а также адреналином и норадреналином, гормонами щитовидной и половых желез. Образование пигмента стимулируется действием ультрафиолетовых лучей, ионизирующей радиации, некоторых химических веществ. Известно также, что раздражение симпатического нерва тормозит пигментообразование. Заметную роль в образовании меланина играют некоторые витамины, в частности витамин С.

Среди базальных кератиноцитов имеется небольшое количество осязательных клеток — клеток Меркеля. Последние несколько крупнее кератиноцитов, цитоплазма их более светлая и в них выявляются осмиофильные гранулы. К этим клеткам вплотную примыкают безмиелиновые нервные волокна.

Следующий слой эпидермиса, расположенный непосредственно над базальным, носит название шиповатого слоя (stratum spinosum). Он состоит из нескольких (3—8) рядов клеток кератиноцитов неправильной многоугольной формы, отделенных друг от друга межклеточными канальцами. По данным электронно-микроскопических исследований, сцепление клеток осуществляется, во-первых, благодаря проникновению протоплазматических отростков одной клетки в соответствующие углубления другой и, во-вторых, за счет десмосом. Десмосомы представляют собой специализированные структуры, образованные элементами двух соседних клеток. Каждая из десмосом включает в себя два расположенных друг против друга очага уплотнения в клеточных оболочках и прилегающих участках цитоплазмы и межклеточное вещество, находящееся между ними.

Пузыреобразные, круглые ядра клеток шиповатого слоя бедны хроматином и бледно окрашиваются. В клетках нижнего ряда этого слоя, непосредственно прилегающих к клеткам базального слоя, можно иногда, особенно при регенеративных процессах, обнаружить митозы. Основная особенность клеток шиповатого слоя — наличие в их цитоплазме особых тонофибрилл, не переходящих из клетки в клетку, а оканчивающихся в цито плазматических отростках. Тонофибриллы обнаруживаются и в цитоплазме призматических клеток базального слоя, однако здесь они выражены менее отчетливо.

В верхних рядах шиповатого слоя клетки принимают более плоскую форму и без резких границ переходят в следующий, зернистый, слой. Среди шиповатых кератиноцитов имеются белые отростчатые эпидермоциты. В световом микроскопе они не отличаются от кератиноцитов; в электронном микроскопе их распознают по имеющимся в их цитоплазме особым структурам в форме стержней и ракеток. Считают, что эти клетки представляют собой блуждающие между дермой и эпидермисом эпидермальные макрофаги, а их совокупность рассматривают как своеобразную «интраэпидермальную фагоцитарную систему».
Зернистый слой (stratum granulosum) состоит из 1—2, на отдельных участках (ладони, подошвы) из 3—4 рядов клеток. Клетки этого слоя имеют уплощенно-ромбическую форму, вытянутую параллельно поверхности кожи. Они тесно прилегают друг к другу. Ядра их меньше, чем ядра клеток шиповатого слоя, бедны хроматином. Тонофибриллы в очень незначительном количестве встречаются лишь в периферической части клеток.

Особенностью клеток зернистого слоя является наличие в их цитоплазме своеобразных зерен, интенсивно окрашивающихся основными анилиновыми красками и носящих устаревшее, не соответствующее существу название зерен кератогиалина. Вещество, из которого они состоят близко по своей структуре к дезоксирибонуклеиновой кислоте (ДНК).
Блестящий слой (stratum lucidum) расположен непосредственно над зернистым. Он хорошо различим лишь на участках кожи с толстым эпителиальным слоем, например на коже ладоней, и при обычных методах окраски имеет вид бесцветной блестящей полости. Этот слой составляют уплощенные, плохо контурированные, безъядерные гомогенные кератиноциты. В блестящем слое обнаруживаются гликоген, жировые вещества (олеиновая кислота, липиды) и особое белковое вещество — элей дин.

Последним слоем эпидермиса, непосредственно соприкасающимся с внешней средой, является роговой слой (stratum corneum). Толщина его различна на разных участках кожного покрова. Наиболее мощный на коже ладоней и подошв, он значительно тоньше на сгибательных поверхностях конечностей, животе, боковых поверхностях туловища и особенно тонок на коже век и наружных половых органах мужчин.

Роговой слой состоит из тонких безъядерных роговых пластинок, тесно соединенных между собой. Лишь в самой наружной части он менее компактен, отдельные пластинки здесь отстают друг от друга, обусловливая постоянное физиологическое отхождение отживших эпителиальных элементов. Роговые чешуйки состоят из рогового вещества — кератина. Предполагают, что кератин —это альбуминоидное вещество, богатое серой и бедное водой.