חלבונים ממלאים תפקיד מפתח בקביעת המבנה הפיזי של כרומוזום. הנפוצים שבהם הם חלבונים קטנים בעלי מטען חיובי הנקראים היסטונים. מטען חיובי זה מאפשר להם להתחבר באופן הדוק עם הדנ"א הטעון שלילית.

במהלך שלבים מסוימים של מחזור התא, דנ"א נפצעים בחוזקה סביב סוגים מסוימים של היסטונים, ויוצרים מבנים הנקראים נוקלאוזומים. נוקלאוזומים מתוארים לעתים קרובות כ"חרוזים" על "מחרוזת" של דנ"א.

נוקלאוזום, מורכב מכמה יסודות מרכזיים. הראשון שבהם הוא אוקטמר של חלבוני היסטון, שתי מולקולות של H2A, H2B, H3 ו-H4.

לאחר מכן, לנוקלאוזום, יש גם אורך של 145-147 bp של דנ"א העוטף את אוקטמר החלבון כמעט פעמיים.

יחד, אוקטמר ההיסטון ופצע הדנ"א סביבו ידועים כחלקיק ליבה נוקלאוזומים.

לכל אחד מההיסטונים בחלקיק הליבה הנוקלאוזומי יש זנב קטן וטעון חיובית המורכב מ-11-27 חומצות אמינו.

הזנבות נמתחים החוצה מחלקיק הליבה הנוקלאוזומי ומסייעים לשמור על הדנ"א הטעון שלילית וההיסטונים קשורים. יתר על כן, זנבות ההיסטון יכולים לתקשר עם זנבות מחלקיקי ליבה שכנים, מה שמקל על אריזת DNA.

סוג חמישי של היסטון, H1, ממלא תפקיד מפתח במבנה הנוקלאוזומים, אם כי הוא אינו חלק מחלקיק הליבה של הנוקלאוזומים. H1 נקשר לדנ"א אליו הוא מצטרף ואז עוזב את האוקטמר, מתפקד כמהדק ושומר על הדנ"א במקומו.

לבסוף, הנוקלאוזום, כולל גם את קטע הדנ"א המקשר הסמוך לחלקיק הליבה של הנוקלאוזום. הדנ"א המקשר המפריד בין כל חלקיק ליבה יכול להשתנות באורכו, בין 30 ל-40 זוגות בסיסים, בין סוגי תאים.

בעוד שהמונחים נוקלאוזומים וחלקיק ליבה נוקלאוזומים משמשים לעתים קרובות לסירוגין, הנוקלאוזום, מתייחס למעשה לחלקיק הליבה של הנוקלאוזום, ולדנ"א המקשר הסמוך.

בסך הכל, נוקלאוזומים מסוגלים להפחית מולקולת דנ"א ארוכה לחוט כרומטין שאורכו המקורי הוא כשליש מאורכו המקורי.