Мицеллы казеина состоят из нескольких сотен субмицелл диаметром 10-15 нм. Субмицеллы – это агрегаты основных фракций казеина (α_S-, β- и κ-),соединенных между собой гидрофобными, электростатическими, водородными связями и кальциевыми мостиками. Полипептидные цепи фракций казеина свертываются в субмицелле таким образом, что большинство гидрофобных групп составляют ее ядро, а гидрофильные располагаются на поверхности субмицелл. Гидрофильная часть содержит отрицательно заряженные кислотные группы аспарагиновой и глютаминовой кислот (СОО^-) и фосфорной кислоты (РО₃^2-). Гидрофильные свойства субмицелл и мицелл усиливают ориентированные наружу гликомакропептиды κ-казеина, располагающегося большей частью на поверхности субмицелл, причем субмицеллы различаются содержанием κ-казеина. Субмицеллы с незначительным содержанием κ-казеина расположены внутри мицелл, а с высоким содержанием – на поверхности. Пептидная часть гликомакропептидов κ-казеина содержит большое количество оксиаминокислот (серина и треонина), глютаминовой и аспарагиновой кислот, а углеводная – свободные карбоксильные группы сиаловой кислоты. Объединение субмицелл в мицеллы происходит, по мнению многих исследователей, с помощью коллоидного фосфата кальция и, возможно, за счет  цитрата кальция и гидрофобных взаимодействий. Точный состав коллоидного фосфата кальция и механизм его взаимодействия с казеином пока не установлен, но выяснено, что удаление его из молока вызывает нарушение структуры мицелл. В соответствии с последними представлениями о строении мицеллы казеина поверхность ее имеет «волосковый слой», который распространяется в дисперсную среду на 10-15 нм и препятствует сближению мицелл (см.рис.5.5). «Волосковый слой» представляет собой выступающие с поверхности мицелл гидрофильные участки полипептидных цепей κ-казеина – гликомакропептиды. Мицеллы имеют пористую структуру, что обусловливает проникновение внутрь мицелл, воды и ферментов.