Hölzer enthalten nur geringe Bestandteile aus dem Mineralreich (etwas Kalk, Kali, Natron, Phosphor, Eisenoxid und Kieselsäure), während die Hauptbestandteile organische Stoffe sind (Zucker, Stärke, Pflanzeneiweiß, Dextrin, Zellulose, Harze usw.). Die organischen Bestandteile sind unter dem Einfluss von Wasser und Wärme leicht zersetzbar, während die mineralischen Bestandteile nicht zersetzbar sind und beim Verbrennen als Asche zurückbleiben.
Die Pflanze besteht aus Zellen von verschiedener Gestalt und Beschaffenheit, die sich zu Rinde, Bast, Holz und Blättern zusammenfügen. Die Zelle ist ein mikroskopisch kleines Bläschen von walzenförmiger Gestalt, das von einer feinen Haut (Zellmembran) umschlossen und mit einer wässrigen Flüssigkeit (dem Zellsaft) gefüllt ist. Eine große Zahl gleichartiger Zellen schließt sich zu Zellgewebe zusammen. Man unterscheidet zwischen Bildungszellgewebe und Dauerzellgewebe. Das Bildungszellgewebe (Kambium , Verdickungsring, Ernährungsring) bewirkt das Wachstum der Pflanze, indem sich die Zellen durch Teilung fortwährend vermehren. Ein Teil der neu gebildeten Zellen wird wieder zu Bildungsgewebe und setzt die Tätigkeit des Kambiums fort, ein anderer Teil wird zu Dauerzellgewebe und bildet Holz, Rinde, Bast usw. Die Zellen des Dauergewebes teilen sich nicht weiter, sie wachsen nur, indem sich aus dem Zellsaft neuer Zellstoff bildet.
Das Holz setzt sich aus einer unzähligen Menge langgestreckter Holzzellen zusammen, deren Wandungen durch die Bildung neuer Verdickungsschichten immer stärker werden, und zwar auf Kosten des inneren Hohlraums. Letzterer verliert schließlich den Zellsaft; dann erlischt die Lebenstätigkeit der Zelle, und das Holzgewebe hat die Grenze seines Wachstums erreicht. Es ist zu reifem Holz, dem Kernholz , geworden, während das unreife, noch in der Bildung begriffene Holz Splintholz genannt wird. Zur Bildung des Kernholzes ist eine Reihe von Jahren nötig.
Betrachtet man den Querschnitt (Hirnschnitt) eines jungen Zweiges, so zeigen sich verschiedene Zellgewebe: in der Mitte das Mark, von diesem radial ausgehend die Markstrahlen, beide aus Holzzellen bestehend. Außen zeigt sich das Kambium, das nach der Mitte hin Holzzellen, nach außen hin Bast- und Rindenzellen bildet. Die Bildung von Holzzellen aus dem Kambium beginnt im Frühjahr und dauert bis zum Herbst. Die im Frühjahr gebildeten Holzzellen sind weiter und größer, die im Sommer gebildeten kleiner und enger. Die Gesamtheit der in einem Jahr gebildeten Zellen heißt Jahresring. In jedem Jahresring zeigt sich eine weniger dichte Schicht, das Frühjahrsholz (Frühlingsholz), und eine dichtere Schicht, das Spätholz (Herbstholz); beide Schichten sind meist auch durch die Farbe erkennbar und darum leicht voneinander zu unterscheiden. Je enger die Jahresringe des Holzes beieinanderliegen, desto fester und haltbarer ist das Holz. Zeigen sich zwischen den Jahresringen Risse, so ist das Holz kernfaul oder kernschälig.
Die Textur des Holzes wird durch die unterschiedliche Dichte der Holzbündel ungleichmäßig. Die Markstrahlen, die sich in allen Jahresringen neu bilden, sind ebenfalls von verschiedener Breite und Höhe. Sie vermindern namentlich die Spaltbarkeit des Holzes und erhöhen damit den Widerstand gegen Knicken. Die Markstrahlen zeigen sich besonders deutlich in radialen Spaltflächen, in denen sie nach Länge und Breite bloßgelegt werden, und heißen auch Spiegelfasern.
Holz, das keine groben Poren und wenig hervortretende Markstrahlen hat, nennt man feinfaserig (Ahorn, Erle, Weide usw.). Holz, das beim Zerbrechen lange Splitter zeigt, heißt langfaserig (Eiche, Ulme usw.); zeigt es kurze Splitter, so ist es kurzfaserig (Birne, Rotbuche usw.). Ist der Faserverlauf krumm und gewunden, nennt man das Holz krummfaserig und sagt: „Das Holz hat einen wimmerigen Wuchs“ (Esche, Nussbaum, Mahagoni).
Magerer Boden erzeugt stets helles, fetter Boden dunkles Holz. Bäume im freien Stand weisen helleres Holz auf als im geschlossenen Bestand gewachsene. Bäume, die in der Nähe von Jauchegruben (Düngergruben) wachsen, zeigen meist blaues Holz. Verstocktes Holz ist blaugrau; Holz, das sich in der Zersetzung befindet, zeigt häufig eine dunkle kupfergrüne Färbung. Junges Holz ist stets heller als das von alten Bäumen.
Aus dem Bau und Gefüge des Holzes ergeben sich die meisten seiner Eigenschaften und somit auch die Regeln für Holzkonstruktionen.