Миелиновая оболочка нервных волокон в центральной нервной системе образуется отростками олигодендроцитов. Как правило, миелиновыми оболочками покрыты аксоны, иногда обнаруживаются миелинизированные дендриты и, как редкое исключение – клеточные тела. Отростки олигодендроцитов, окружая нервные волокна, образуют мезаксон, который вращается вокруг них, образуя ламеллы. Мезаксон имеет пятислойную структуру: белок-липид-белок-липид-белок. Эта структура ,многократно закручиваясь вокруг аксона, конденсируется в компактную миелиновую оболочку. На электронных микрофотографиях миелин представляет собой серию чередующихся липидных и белковых слоёв, число которых может достигать у крупных аксонов 100 и более. Сплав цитоплазматических поверхностей мембраны олигодендроцита образует темную линию (главный период), а сплав экстраклеточных поверхностей – половинный или промежуточный период (более светлая линия). Повторяющийся период миелина определяется толщиной составляющего его липидного бислоя, расположенного между двумя белковыми слоями. Из всех биологических мембран миелин имеет самое низкое содержание воды и самое высокое отношение липидов к белку. Здесь белки составляют 15-30 %, а липиды – 70-85 % сухой массы. Липиды и белки миелина обладают высокой гидрофобностью, что определяет свойство миелина как электроизолятора.
В отличие от периферических нервных волокон, где один сегмент миелиновой оболочки представлен одной шванновской клеткой (см. выше), миелиновая оболочка одного сегмента нервных волокон в центральной нервной системе образуется, как правило, отростками нескольких близлежащих олигодендроцитов. С другой стороны, показано, что отростки одного олигодендроцита могут участвовать в образовании миелинового футляра для нескольких волокон. Толщина миелиновой оболочки в волокнах центральной нервной системы обычно невелика и количество ламелл редко достигает нескольких десятков и сотен. Миелинизируются даже очень тонкие волокна – от 0,3 мкм в диаметре. В целом, при одинаковом диаметре аксона, миелиновые оболочки в центральной нервной системе тоньше, чем в периферической, при этом сохраняется правило – чем тоньше волокно, там короче миелиновые сегменты.
Миелинизация нервных волокон у человека начинается на 5-6 месяце пренатального развития в спинном мозге. В дальнейшем число миелинизированных волокон нарастает, при этом процесс развивается неравномерно в разных структурах центральной нервной системы, по мере формирования их функций. К моменту рождения миелинизировано значительное количество волокон спинного мозга, стволовых ядер. Большинство проводящих путей миелинизируется в начальные годы постнатального периода. Процесс миелинизации проводящих путей завершается, в основном к 7-9 летнему возрасту. Позже других миелинизируются волокна ассоциативных путей переднего мозга. В коре больших полушарий миелинизированные волокна появляются после рождения, у новорожденных в коре встречаются лишь одиночные миелизированные волокна. Процесс миелинизации в ограниченных масштабах продолжается в течение всей жизни.