棉纖維是由棉花的胚珠（將來會發育成棉籽）表皮上的細胞伸長加厚而成的。一個細胞就長成一根纖維，它的一端著生于棉籽表面，另一端成封閉狀。棉籽上長滿了棉纖維，這就稱為籽棉。
原棉按長度分為“細絨棉”和“長絨棉”。
細絨棉為陸地棉種，纖維密度和長度中等，多為潔白或乳白。在我國種植的絕大多是細絨棉，產量高，市面上的原棉多為細絨棉。
長絨棉為海島棉種，比細絨棉更細更長，多為乳白或淡棕黃，富有絲光，是用于紡制高檔和特種棉紡品的原料。目前處于供不應求的狀態，我國長絨棉的主要生產在新疆。
一般來說，纖維長度越長，且長度整齊度越高，短絨越少，可紡紗越細，紗線條干越均勻，強度越高，且表面光滑，毛羽少，染色色澤越好。
區分細絨棉和細絨棉的方法就是觀察其纖維的長度。細絨棉的手扯長度平均為23~33mm，長絨棉的手扯長度平均為33~45mm。可以直接扯原棉觀察，已經紡成紗的可以將紗線逆向解開來扯出纖維觀察。
棉纖維的主要成分是纖維素，纖維素是天然高分子化合物，化學結構式為（C_{6} H_{10} O_{5} )n 。正常成熟的棉纖維纖維素含量約為94%，此外含有少量多縮戊糖、蠟質、蛋白質、脂肪、水溶性物質、灰分等伴生物。棉蠟使纖維更高光滑，減少摩擦，具有良好的適宜于紡紗的表面性能，但在棉紗、棉布漂染前要經過煮煉，除去棉蠟，以**染色的均勻。糖分含量較多分棉纖維在紡紗過程中容易繞羅拉、繞皮輥等。過去棉紡廠采用蒸棉稀釋糖分，或用糖化酶與鮮酵母的水溶液噴灑以降低糖分。目前采用由潤滑劑、抗靜電劑、乳化劑等組成的消糖劑噴灑棉纖維來解決這個問題。
由于棉纖維的主要組成物質是纖維素，所以它較耐堿而不耐酸。酸會促使纖維素水解，使大分子斷裂，從而破壞棉纖維。稀堿溶液在常溫下處理棉纖維不發生破壞作用，但會使棉纖維膨化。棉纖維在一定濃度的氫氧化鈉溶液或液氨中處理后，纖維橫向膨化，從而截面變圓，天然轉曲消失，使纖維呈現絲一般的光澤。如果膨化的同時在給予拉伸，則在一定程度上可改變纖維的內部結構，從而提高纖維強力，這種處理方法稱為“絲光”。
新型棉花：彩棉
是采用現代生物工程技術培育出來的一種在棉花吐絮時纖維就具有天然色彩的新型紡織原料。彩棉在加工過程中未使用化學物質處理，仍舊保留了天然纖維的特點，彩棉色彩來源于天然色素，其中個別色素（綠、灰、褐色）遇酸會發生氧化。
現有彩棉顏色：紅、黃、藍、棕、灰、紫、褐等。