A grande maioria das células estudadas em microscopia eletrônica não apresentava grânulos de secreção, ou estes eram esparsos. O citoplasma era preenchido por mitocôndrias volumosas, de cristas irregulares. Outras organelas, como o retículo endoplasmático rugoso, eram escassas.  O citoplasma róseo em microscopia óptica era, portanto, na maior parte, mitocôndrias.  Para breve texto sobre oncocitomas da hipófise, clique. 

Também dignos de nota eram os núcleos grandes, com cromatina bem distribuída e um ou mais nucléolos  proeminentes e eletrodensos. Na microscopia óptica, nucléolos chamavam menos atenção. 

Em campos favoráveis, era possível observar limites nítidos entre células. As membranas celulares estavam justapostas sem intervalo entre elas e sem imbricamentos. Havia raros complexos juncionais pequenos. 

As mitocôndrias que preenchiam a maior parte do citoplasma eram estruturalmente anômalas, com cristas irregularmente espaçadas e sem arranjo em paralelo, como em organelas normais. O espaço matricial era amplo, irregular e eletrolucente. 

Embora parte do aspecto tumefeito pudesse ser atribuído à demora na fixação, as aberrações arquiteturais sugerem alterações de base, que são referidas na literatura. Admite-se que a própria proliferação mitocondrial seja compensatória a defeitos no mtDNA, que leva a hiperplasia vicariante (alteração pleoconial), como nas miopatias mitocondriais. 

Em muitas células, era nítido o retículo endoplasmático rugoso, com número variável de cisternas paralelas e ribossomos aderidos à face citosólica das mesmas. Estava geralmente restrito a uma área do citoplasma. 

Algumas células mostravam maior número de grânulos, em concordância com os achados imunohistoquímicos. Nestes, o hormônio que foi demonstrado em mais células foi TSH. Os grânulos aparecem como estruturas eletrodensas, redondas ou ovaladas, em geral circunscritas por uma membrana simples.