无色、透明。外层为硅质，内层为果胶质。细胞壁含果胶和二氧化硅，质坚硬，常由套合的两瓣组成，并有呈辐射对称(辐射硅藻目)或左右对称(羽纹硅藻目)排列的花纹。
(1) 壳面和带面：细胞壁的构造像一个盒子，套在外面的较大，为上壳；套在里面的较小，为下壳。硅藻上﹑下壳相互套合。上壳和下壳都不是整块的，皆由壳面（Valve）和相连带（Connecting band）两部分组成。壳面平或略呈凹凸状，壳面边缘略有倾斜的部分，叫壳套（Valve mantle）：与壳套相连，和壳面垂直的部分，叫相连带，亦称带面。
(2) 间生带：有些种类在壳套与相连带之间具有间生带，凡贯壳轴较长的种类都有间生带，其数目1条2条或多条，花纹形状主要有三类：鱼鳞状，如卡氏根管藻Rhizosolenia castracanei；环状，如杆线藻Rhabdonema；领状，如环形娄氏藻Lauderia annulatus和中肋角毛藻Chaetoceros costatus。
(3) 隔片：具间生带的种类，有向细胞腔内伸展成片状的结构，称隔片(septum)。如果隔片一端是游离的，称为假隔片，如斑条藻（Grammatophora）；如果隔片从细胞的一端通到另一端，则称为全隔片或真隔片，如楔藻（Climacosphenia）。间生带和隔片都具增强细胞壁的作用。
(4) 突出物：硅藻细胞表面有向外伸展的多种多样的突出物，有突起、刺、毛、胶质线等。它们有增加浮力和相互连接的作用。
突起：是细胞壁向外的头状突出物，如弯角藻Ercampia。
刺：一般细而不长，末端尖，其数目、长短不一，最粗大的刺如双尾藻Ditylum，中等的刺如盒形藻Biddulphia，较小的刺如圆筛藻Cascinodiscus的缘刺。
毛：为较细长的突出物，长度常为细胞直径的数倍，有的种类在粗毛里还有色素体，这是毛与刺的最大区别。此外还有膜状突起（如太阳漂流藻）和胶质线、胶质块等胶质突起（如海链藻）。
(5) 花纹：硅藻细胞壁上都具排列规则的花纹，主要有点纹：为普通显微镜下可分辨的细小孔点，单独或成条（点条纹）；线纹：这是由硅质壁上许多小孔点紧密或稀疏排列而成，在普通显微镜下观察时，无法分辨而是一条直线状；孔纹：为硅质壁上粗的孔腔，中心硅藻纲的孔纹基本为六角形，其结构很复杂；肋纹：为硅质壁上的管状通道，内由隔膜分成小室或壁上因硅质大量沉积而增厚。
(6) 三轴和三面：按硅藻细胞的方位分为纵轴、横轴和贯壳轴。由纵轴和横轴形成上、下壳面。由纵轴、贯壳轴形成长轴带面。由横轴、贯壳轴形成短轴带面。从壳面看，称壳面观；从带面（壳环面）看，称带面观(侧面观)。壳面和带面形状截然不同。通常中心硅藻类壳面呈辐射对称，多为圆形、椭圆形，也有三角形或多角形的；羽纹硅藻类，壳面一般细长，呈两侧对称，有舟形、卵形、弓形、S形、菱形、新月形和椭圆形等。带面（壳环面）一般为长方形、方形或楔形等。
纵轴（Apical axis）：为壳面中央的纵线，又称顶轴、长轴。
横轴(Transapical axis)：为壳面中央的横线，又称切顶轴、短轴。
贯壳轴(Pervalvar axis)：是上、下壳面中心点的相连线，又称壳环轴。 硅藻细胞经多次分裂后，个体逐渐缩小，到一个限度，这种小细胞不再分裂，而产生一种孢子，以恢复原来的大小，这种孢子称为复大孢子。复大孢子的形成方式有无性和有性两种。
（1）无性方式 是由营养细胞直接膨大而成，如中心纲的变异直链藻（Melosira varians）。
（2）有性方式 通过接合作用，借助运动或分泌胶质使个体接近，然后包围于共同胶质膜内，进行接合。 是沿海种类在多变的环境中的一种适应方式。休眠孢子的产生常在细胞分裂后，原生质收缩到中央，然后产生厚壁，并在上、下壳分泌很多突起和各种棘刺。当环境有利时，休眠孢子以萌芽方式恢复原有形态和大小。
面称带面或环带面(girdle）。上、下壳相套合的部分称连接带。有些种类的壳面具有壳缝(raphe），可以在水中运动。有些具壳缝的种类在细胞壳面两端各有一极节，中央有一中央节，为细胞壁增厚的部分。
硅藻门以细胞分裂繁殖为主。细胞分裂时，原生质膨胀，使上下两壳略为分离。细胞核进行有丝分裂，载色体、蛋白核等细胞器也随着分裂。原生质体也一分为二，其中一个位于母细胞的上壳之内，另一个位于母细胞的下壳，然后两壳分开成为上壳，各再生另一个新的半壳为下壳，这样形成的两个新硅藻中，一个与母体大小相等，而另一个则较母体为小。如此连续分裂下去，多数个体将越来越小。这种体积的缩小不是无限的，缩小到一定大小时，以产生复大孢子（auxospore）的方式恢复其大小。
