Los procariotas pueden controlar la expresión génica a través de los operones: secuencias de ADN que consisten en elementos reguladores y genes de codificación de las proteínas agrupados y relacionados funcionalmente. Los operones utilizan una sola secuencia promotora para iniciar la transcripción de un grupo genético (es decir, un grupo de genes estructurales) en una sola molécula de ARNm. La secuencia del terminador finaliza la transcripción. Una secuencia de operadores, situada entre el promotor y los genes estructurales, prohíbe la actividad transcripcional del operón si está unido por una proteína represora. En conjunto, el promotor, el operador, los genes estructurales y el terminador forman el núcleo de un operón.

Los operones suelen ser inducibles o reprimibles. Los operones inducibles, como el operón lac bacteriano, normalmente están "apagados" pero se encienden "en presencia de una molécula pequeña llamada inductor (por ejemplo, alolactosa). Cuando la glucosa está ausente, pero la lactosa está presente, la alolactosa se une e inactiva el represor de operón lac lo que permite al operón generar enzimas responsables del metabolismo de la lactosa.

Los operones reprimibles, como el trp operón bacteriano, suelen estar "encendidos" pero se “apagan" en presencia de una molécula pequeña llamada correpresor (por ejemplo, triptófano). Cuando el triptófano, un aminoácido esencial, es abundante, el triptófano se une y activa el represor trp lo que impide que el operón fabrique enzimas necesarias para su síntesis.

Los operones también pueden estar activos de forma constitutiva (es decir, continuamente). Por ejemplo, los operones bacterianos de ARN ribosómico (ARNr) siempre están "encendidos", porque los ARNr son constantemente requeridos para la traducción.

Otros elementos reglamentarios también contribuyen a la expresión génica coordinada de un operón. Los genes reguladores codifican las proteínas de activador o represor transcripcional. Los genes lacI y trpR, por ejemplo, codifican para sus respectivos represores de operón. Las secuencias reguladoras adicionales, como el sitio de unión a la proteína activadora de catabolito (PAC) del operón lac, proporcionan sitios de unión para otros activadores o represores. Por ejemplo, cuando la glucosa es baja, una molécula de señalización (es decir, AMP cíclico) activa la PAC, permitiéndole unirse al sitio ACP, reclutar ARN polimerasa e iniciar la transcripción del operón lac.