A bainha de mielina é uma estrutura formada por uma membrana lipídica rica em glicofosfolipídeos e colesterol, que recobre os axônios, atuando principalmente como isolante elétrico, facilitando a rápida comunicação entre os neurônios. É formada por células especializadas chamadas células da glia. Essas células enrolam-se ao redor do axônio, depositando camada sobre camada de sua própria membrana plasmática em uma espiral justa, formando uma estrutura semelhante a um "rocambole".

A espessura da bainha de mielina é proporcional ao diâmetro do axônio, mas é constante ao longo dele. Portanto, quanto maior o diâmetro do axônio, maior o número de voltas das células envoltórias. Durante o enrolamento, o citoplasma da região de cada volta é comprimido, de forma que, em volta do axônio, sobra apenas um conjunto de membranas plasmáticas muito próximas entre si.

As células da glia que formam a bainha de mielina são de dois tipos: no sistema nervoso central são os oligodendrócitos e no sistema nervoso periférico são as células de Schwann (também conhecidas como neurolemócitos).