A organização de genes procarióticos no seu genoma é notavelmente diferente da de eucariotas. Genes procarióticos estão organizados de forma a que os genes para proteínas envolvidas no mesmo processo ou função bioquímica estejam localizados juntos em grupos. Este grupo de genes, juntamente com os seus elementos reguladores, são coletivamente conhecidos como operão. Os genes funcionais em um operão são transcritos juntos para originar uma única cadeia de mRNA conhecido como mRNA policistrónico.

A transcrição de genes procarióticos em um operão é regulada por dois tipos de proteínas de ligação ao DNA, conhecidas como ativadores e repressores. Os ativadores ligam-se ao promotor, o local de iniciação da transcrição, e auxiliam na ligação da RNA polimerase, a enzima-chave envolvida na transcrição. Os repressores ligam-se aos operadores, sequências de regulação curtas no operão entre o promotor e os genes, e inibem a ligação da RNA polimerase ao promotor.

Um pré-requisito estrutural para ativadores e promotores é que eles devem poder existir em duas conformações alternativas, uma que podem ligar ao DNA e outra que não podem. Outra característica específica dos ativadores é que têm duas superfícies de ligação para ligar simultaneamente à RNA polimerase e ao DNA. Este recrutamento das duas moléculas aproxima a polimerase do promotor e auxilia na sua ligação. Os ativadores não têm um papel catalisador na transcrição e a sua função está limitada a facilitar a ligação entre a enzima e o DNA. Na ausência de um ativador, a RNA polimerase pode ainda ligar-se ao DNA e mostrar baixos níveis de expressão. Se um repressor estiver presente neste sistema, então a expressão basal desse gene é impedida.

A regulação da expressão de genes procarióticos depende em grande parte da disponibilidade de nutrientes e das necessidades dos organismos. Estes nutrientes controlam a ligação de ativadores e repressores ao operão e garantem que apenas o conjunto de genes necessário é expresso. Por exemplo, a presença de triptofano em uma célula leva à sua ligação a um repressor que impede a transcrição do operão trp e a subsequente produção de triptofano.