Dentro del núcleo hay varios orgánulos con funciones especializadas. De estos orgánulos, el nucléolo es uno de los más destacados.

Un nucléolo es el sitio de transcripción y procesamiento del ARN ribosómico, o ARNr, y el ensamblaje de ribosomas. De ahí que también se le conozca como una "fábrica productora de ribosomas".

El nucléolo, un orgánulo sin membrana, es un agregado de genes de ARNr y las diversas proteínas y ARN que se requieren para la transcripción del ARNr y el ensamblaje de ribosomas. Estos incluyen ribonucleoproteínas nucleolares pequeñas, o snoRNP, enzimas de procesamiento de ARNr, factores de ensamblaje y ribosomas parcialmente ensamblados.

En los eucariotas, tres genes de ARNr, 18S, 5.8S y 28S, están codificados por una sola unidad de transcripción. Esta unidad de transcripción se repite en tándem en forma de matrices en uno o varios cromosomas.

Las regiones cromosómicas que contienen estos grupos de genes de ARNr se conocen como "regiones organizadoras nucleolares", o N-O-Rs, y estas son las regiones alrededor de las cuales tiene lugar la organización del nucléolo.

A medida que una célula transita entre las dos etapas principales del ciclo celular, la interfase y la mitosis o fase M, su requisito de síntesis de proteínas cambia drásticamente.

Es alta durante la interfase, baja durante la mayor parte de la fase M y vuelve a ser alta cuando la célula vuelve a entrar en la interfase.

El tamaño del nucléolo, que refleja el número de ribosomas que produce una célula, varía mucho durante estas fases del ciclo celular. Durante la interfase, el nucléolo existe como una sola entidad grande.

En esta etapa, los cromosomas existen en un estado descondensado y las regiones NOR aportan ADN en bucles abiertos y extendidos dentro del nucléolo.

A medida que la célula entra en la fase M, los cromosomas comienzan a condensarse y el nucléolo se fragmenta en múltiples nucléolos más pequeños.

A medida que la mitosis progresa, el patrón continúa. Los nucléolos disminuyen gradualmente de tamaño y finalmente desaparecen. Al final de la división celular, durante la telofase, los cromosomas comienzan a descondensarse y comienzan a surgir pequeños nucléolos.

A medida que la fase M avanza, los nucleolos se fusionan progresivamente, a través de un proceso llamado fusión nucleolar. Primero se fusionan en nucléolos más grandes, y luego en un solo nucléolo grande cuando la célula entra en interfase nuevamente.