木质素纤维的微观结构特征是其工程性能的物质基础，独特的纤维形态和表面特性决定了在沥青混合料中的稳定作用。在显微镜下观察，木质素纤维呈带状弯曲、陕西延安当地凹凸不平的形态，纤维表面粗糙多孔，纤维交叉处呈现扁平状结构。这种复杂的微观结构具有重要的工程意义：带状弯曲的纤维形态使纤维在混合料中能够相互交织、陕西延安本地搭接，形成稳定的三维网络结构；凹凸不平的纤维表面增大了与沥青的接触面积，增强了界面吸附力；多孔结构使纤维能够吸持更多的沥青，提高沥青膜厚度；扁平交叉处提供了纤维之间的接触点，增强网络的整体性。木质素纤维的化学成分也对其性能产生影响：纤维素提供纤维的基本骨架和强度；半纤维素具有一定的亲水性和热塑性，有助于纤维与沥青的界面结合；木质素是天然的热塑性高分子（抗车辙剂），在高温下软化，有助于纤维在混合料中分散和锚固。纤维的微细结构经过高温处理（260℃以上）后，水分被去除，纤维发生一定程度的炭化，使纤维具有优异的耐热性能，在230℃的沥青混合料拌和温度下保持稳定，短时间可承受280℃高温而不分解。这种热稳定性保证了纤维在沥青混合料生产和施工过程中的结构完整性。