纖維素酶并非一種單一的酶，而是一個復雜的酶系，由多種具有不同功能的酶協同組成。這個酶系主要包括三大類：內切葡聚糖酶（EG）、外切葡聚糖酶（CBH）和β-葡萄糖苷酶（BG）。

內切葡聚糖酶在纖維素分子內部隨機作用于β-1,4-糖苷鍵，將長鏈纖維素切割成較短的寡糖鏈。外切葡聚糖酶則從纖維素鏈的非還原端依次水解β-1,4-糖苷鍵，釋放出纖維二糖。而β-葡萄糖苷酶則進一步將纖維二糖水解為葡萄糖。

從結構上看，纖維素酶通常由三個部分組成：催化結構域（CD）、纖維素結合結構域（CBD）和連接肽（Linker）。催化結構域是纖維素酶發揮水解功能的核心，其特定的氨基酸序列和三維結構決定了酶的底物特異性和催化活性。纖維素結合結構域能夠與纖維素表面特異性結合，幫助酶分子定位到底物上，增強酶與底物的親和力。連接肽則起到連接催化結構域和纖維素結合結構域的作用，具有一定的柔韌性，使得兩個結構域能夠協同發揮作用。

根據來源的不同，纖維素酶可分為微生物源纖維素酶、植物源纖維素酶和動物源纖維素酶。其中，微生物源纖維素酶應用最為廣泛，主要來源于細菌和真菌。真菌產生的纖維素酶產量高、活性強，如里氏木霉是目前研究和應用最深入的產纖維素酶真菌。而細菌來源的纖維素酶則具有耐高溫、耐酸堿等特性，在特殊環境下的應用具有優勢。

纖維素酶對纖維素的水解過程是一個復雜且精細的多步驟反應。首先，纖維素結合結構域緊密地與纖維素表面相結合，這一步驟確保了催化結構域能夠緊密接近并作用于底物纖維素。隨后，內切葡聚糖酶開始行動，它專門攻擊纖維素內部的β-1,4-糖苷鍵，這一行為有效地瓦解了纖維素的晶體結構，并創造出新的末端，這些新末端成為了外切葡聚糖酶的理想作用點。外切葡聚糖酶則從這些新形成的末端開始，逐步水解纖維素鏈，最終生成纖維二糖。在整個水解過程的尾聲，β-葡萄糖苷酶接過接力棒，將纖維二糖進一步水解為葡萄糖。這一系列步驟中，各種酶類協同工作，相互增強，共同實現了對纖維素的高效、有序的降解。

纖維素酶水解纖維素產生的纖維二糖、葡萄糖等還原糖能將堿性條件下的3,5-二硝基水楊酸(DNS)還原，生成棕紅色的氨基化合物，在550nm 波長處有最大光吸收，在一定范圍內還原糖的量與反應液的顏色強度呈比例關系，利用比色法測定其還原糖生成的量就可測定纖維素酶的活力。