On appelle muscles lisses tous les types de muscles qui n'ont pas de stries transversales. Ils revêtent une très grande importance clinique parce qu'ils prennent part à beaucoup de fonctions d'organes (estomac, intestin, vessie, utérus, bronches, etc.) et parce qu'ils participent à la régulation circulatoire par l'intermédiaire des vaisseaux sanguins.
La musculature lisse contient des filaments d'actine F ainsi qu'une variété de myosine ; toutefois, on ne rencontre que peu de filaments épais. La contraction est en général 100 fois plus lente que dans le muscle squelettique. Il n'y a ni division en sarcomères, ni strie transversal, ni système tubulaire. Le potentiel membranaire de la musculature lisse est souvent instable, il change par modification du rythme avec une fréquence et une amplitude basses (par exemple 3-15/min et 10-20 mV pour le tractus intestinal). Si la dépolarisation en rapport avec des ondes d'excitation lentes dépasse un certain seuil, un train de potentiels d'action (spikes) est produit, dont le nombre et la fréquence sont d'autant plus élevés que la dépolarisation spontanée est lente. Environ 150 ms après ces pointes, apparaît une contraction qui augmente puis diminue lentement et dont le maximum est atteint 500 ms après le potentiel de pointe (A, diagramme de gauche). La contraction est d'autant plus longue que le nombre de spikes est élevé ; aussi, est-il possible d'établir une comparaison avec le muscle squelettique. Pour de faibles spikes, on observe déjà une fusion des secousses (tétanos). A la suite de ces contractions continues, il se produit dans la musculature lisse un état plus ou moins important de contraction appelé « tonus ». Pour certains muscles lisses, le spike reste longtemps en plateau et rappelle ainsi le PA du cœur.
Comme dans les autres types de muscle, le potentiel membranaire des muscles lisses est souvent dépendant du gradient de K+. Le flux entrant de Ca2+ (depuis le milieu extracellulaire) est à l'origine des contractions de la musculature lisse, et le rôle de la troponine (du muscle squelettique) est vraisemblablement favorisé dans le muscle lisse par la calmoduline.
A partir de la nature de leur excitation, il est possible de distinguer deux types de muscles lisses :
Outre l'acétylcholine et l'adrénaline, médiateurs des terminaisons nerveuses du système nerveux végétatif, les hormones agissent aussi sur la musculature lisse. Ainsi par exemple, le muscle utérin est sensible aux œstrogènes, à la progestérone et à l'ocytocine ;
le muscle lisse vasculaire est, quant à lui, sensible à l'histamine, à l'angiotensine II, à l'hormone antidiurétique, à la sérotine, à la bradykinine. etc.
Il existe aussi une courbe tension-longueur pour la musculature lisse ; ici, on voit cependant que, pour un allongement donné, la tension développée diminue progressivement. Cette propriété est appelée plasticité du muscle lisse. Les conséquences de cette plasticité peuvent être observées par exemple au travers des possibilités de distension de la vessie : la tension exercée par les parois musculaires (et donc la pression interne) augmente dans un premier temps lorsque la vessie est presque pleine, et c'est à ce moment-là seulement que se produit le besoin d'uriner.