褐色脂肪组织的外观呈褐色，细胞内含有大量的脂肪小滴及高浓度的线粒体，细胞间含有丰富的毛细血管和大量的交感神经纤维末梢，组成了一个完整的产热系统。
褐色脂肪组织由其名便知其具有特有的褐色，主要原因在于其含有相当多的细胞色素。该组织的每个细胞都直接与毛细血管接触，并受无髓交感神经末梢支配。故该组织的血液供应十分充分，其颜色部分是因丰富的血红蛋白而造成的，这也是为了适应旺盛的代谢而增加氧供给，以及为产生的热量输出所必需的。BAT的每个细胞几乎都接受棒状的神经末梢支配，因此对外界的环境条件变化反应更敏感、更迅速。BAT的细胞呈多边形，较小。胞质中央一般具圆形核，周围密布着小脂肪滴，故又称“多空泡性脂肪组织”。BAT细胞还富含线粒体，其体积大，内膜面积也因众多的嵴而更大扩展。这些特征都是BAT高强度的产热活性所必需的。
