花粉壁主要由兩層構成：內壁和外壁。內壁的成分主要包括果膠纖維素，它賦予內壁較好的彈性和在萌發孔處的增厚特性，但抗性較差，容易在地表腐爛，並且在酸鹼處理下會分解。
外壁則主要由孢粉素構成，這是一種類似角質或木栓質的脂類物質，具有較強的抗腐蝕、抗酸鹼、抗水和抗滲透的特性，使得外壁能夠在地層中經千萬年仍保持完好。外壁還可以進一步細分為外層和內層，其中外層通常由覆蓋層、柱狀層和基層組成。覆蓋層可能具有穿孔，而柱狀層則具有柱狀（或棒狀）結構。
除了孢粉素之外，外壁還含有纖維素、類胡蘿蔔素、類黃酮素、脂類物質及蛋白質等成分。這些成分共同作用，賦予花粉壁其獨特的物理和化學特性。