Внутреннее строение зерна довольно сложно. Основное содержимое зерна состоит из мучнистого тела, или семенного белка (эндосперма), клетки которого наполнены крахмальными зернами и клейковиной (в меньшем количестве, особенно во внутренних частях), и зародыша (еmbryo), расположенного у основания корня. Зародыш и эндосперм покрыты семенной оболочкой (perispermium), состоящей из двух слоев: пигментного (чаще всего желто-оранжевого цвета), непосредственно прилегающего к эндосперму, и внешнего. За этими двумя слоями семенной оболочки расположена плодовая оболочка (pericarpium), образующаяся из стенок завязи и состоящая из трех слоев: внутриплодника (endocarpis), надплодника (epicarpis) и наружного (epidermis). Зерна с пленчатыми плодами, например овса, ячменя, проса, покрыты еще цветочными пленками (ра1еае), которые образуют так называемую мякинную оболочку. Примыкающий к семенной оболочке слой эндосперма, не содержащий крахмала и состоящий из толстостенных клеток, наполненных мелкозернистой массой азотистых веществ, называется клейковинным. Клейковина находится также в клетках всего эндосперма зерна и для отличия этот слой называют алейроновым, вследствие содержания в клетках этого слоя алейроновых зерен, состоящих из белка, жира и минеральных веществ. Алейроновый слой легко поглощает воду из окружающей среды и служит передатчиком ее зародышу, которому вода нужна для прорастания. Соотношение между главными частями зерна — эндоспермом и оболочками — у различных хлебов различно. Так, например, у овса масса эндосперма зерна в среднем составляет 47—61% веса зерна, а масса оболочки — 25—49%; у ячменя оболочки составляют 7—15%; у пшеницы эндосперм составляет в среднем около 86% веса зерна, а оболочки — 11 — 12,5%.
Зародыш залегает у основания зерна, на его выпуклой стороне. Он состоит из щитка, который отделяет его от эндосперма, и служит передатчиком резервных веществ эндосперма внутрь зародыша — почки, покрытой зачаточными листьями (plumula) первичного стебля и корешков (radicula). По отношению к весу зерна зародыш составляет у пшеницы, ржи и ячменя 1,5—3%, у овса 3—4% и у кукурузы 10—14%.
Крахмальные зерна ржи, пшеницы и ячменя наиболее сходны между собою. Они имеют преимущественно простые концентрические слои, сплошные или с внутренней полостью, от которой в разные стороны расходятся звездообразные трещины. Крахмальные зерна ржи самые крупные, ячменя средние и овса — самые мелкие по величине.