Los reguladores transcripcionales se unen a secuencias cis-reguladoras específicas en el ADN para regular la transcripción de genes. Estas secuencias cis-reguladoras son muy cortas, generalmente menos de diez pares de nucleótidos de longitud. La corta longitud significa que hay una alta probabilidad de que la misma secuencia ocurra aleatoriamente en todo el genoma, dado que los reguladores también pueden unirse a grupos de secuencias similares, esto aumenta aún más las posibilidades de unión aleatoria. Los reguladores transcripcionales forman dímeros que se unen a una secuencia dos veces más tiempo que un monómero, lo que aumenta las secuencias y reduce las posibilidades de unión aleatoria. Los dímeros reguladores de transcripción pueden ser homodímeros o heterodímeros. En solución, estos reguladores cooperativos existen como monómeros o dímeros débilmente enlazados. Sin embargo, cuando estos monómeros se unen a una secuencia cis-reguladora extendida en el ADN, forman dímeros estables.

La cooperatividad es un fenómeno en el que la unión de una proteína monomérica provoca cambios estructurales en el ADN y aumenta la afinidad de los sitios reguladores por otros monómeros. Esto permite que los monómeros se unan como dímeros en la secuencia cis-reguladora. Este fenómeno también ayuda a los reguladores a acceder a sitios ubicados en el ADN que están estrechamente unidos a las proteínas histonas en el nucleosoma, que de otro modo serían inaccesibles. La primera unión generalmente ocurre en el ADN al final del nucleosoma, donde no está fuertemente unido. La unión en este sitio hace que el ADN se aleje de las histonas, lo que conduce al desempaquetamiento del nucleosoma. Este desempaquetado aumenta el acceso a los otros sitios regulatorios. En los eucariotas, la unión del factor de transcripción depende predominantemente de la cooperatividad. Aunque la cooperatividad puede ocurrir en algunos casos, la mayor parte de la unión de los reguladores transcripcionales en los procariotas no es cooperativa. En tales casos, los reguladores existen como dímeros estables que se mantienen unidos por varias interacciones no covalentes.

El hecho de que un regulador desconocido se una de forma cooperativa o no cooperativa puede determinarse trazando el número de sitios de unión ocupados en el ADN frente a la concentración de proteínas. Si la gráfica es una curva en forma de S, indica que el regulador se une cooperativamente a los sitios de unión. Si la curva aumenta constantemente antes de estabilizarse a medida que se acerca a todos los sitios de unión que están ocupando, indica que la unión no es cooperativa.