O núcleo é um organelo ligado a membrana que contém as instruções genéticas de um organismo eucariótico na forma de DNA cromossómico. Isso é distinto do DNA em mitocôndrias ou cloroplastos que realizam funções específicas desses organelos. Enquanto que algumas células—como os glóbulos vermelhos—não têm um núcleo, e outras—como as células musculares esqueléticas—têm múltiplos núcleos, a maioria das células eucarióticas tem um único núcleo.

O DNA no núcleo é enrolado em volta de proteínas como histonas, criando um complexo de proteína de DNA chamado cromatina. Quando as células não se estão a dividir—isto é, quando estão na parte da interfase do seu ciclo celular—a cromatina é organizada de forma difusa. Isso permite fácil acesso ao DNA durante o processo de transcrição quando o RNA mensageiro (mRNA) é sintetizado com base no código de DNA. Quando uma célula eucariótica está prestes a dividir, a cromatina condensa firmemente em cromossomas lineares distintos. Os humanos têm 46 cromossomas no total.

A cromatina está particularmente concentrada em uma região do núcleo chamada nucléolo. O nucléolo é importante para a produção de ribossomas, que traduzem mRNA em proteína. No nucléolo, o RNA ribossómico é sintetizado e combinado com proteínas para criar subunidades ribossómicas, que mais tarde formam ribossomas funcionais no citoplasma da célula.

O interior do núcleo é preenchido por uma substância semelhante a gel chamada nucleoplasma. Uma membrana dupla—composta por duas bicamadas lipídicas—chamada envelope nuclear envolve o núcleo. Pequenas aberturas revestidas de proteínas, chamadas poros, pontilham o envelope nuclear, controlando que substâncias podem entrar e sair do núcleo. Por exemplo, os poros permitem que o mRNA deixe o núcleo, para que ele possa viajar até aos ribossomas para guiar a tradução de proteínas.