La ultraestructura del núcleo muestra que está delimitado por una envoltura nuclear (NE) constituida por una membrana doble la cual permite que se mantengan separadas las enzimas nucleares del citosol y sólo pasen selectivamente por los poros nucleares. El compartimiento del núcleo le permite a la célula establecer un ambiente en el cual las reacciones bioquímicas son facilitadas por la gran concentración de los sustratos y las enzimas que actúan sobre ellos. Desde el punto de vista de su ultraestructura, en el núcleo hay diferentes complejos y regiones que se han relacionado con funciones específicas Imagen: el nucléolo Imagen, el nucleoplasma, la matriz nuclear, las ribonucleoproteínas (RNPs), la cromatina  integrada por eucromatina y heterocromatina, así como la lámina nuclear y el complejo del poro. Las funciones específicas del DNA en el núcleo interfásico tienen una relación estrecha con su arreglo en forma de bucles de unos 50-100Kb Tabla. Los cromosomas se distribuyen en dominios, zonas específicas o territorios, con sus centrómeros y telómeros en sitios opuestos con respecto a la envoltura nuclear o en una distribución radial

Al microscopio electrónico se observan adentro del núcleo las zonas oscuras de la heterocromatina y las zonas claras de la eucromatina Imagen y uno o más nucléolos. En el límite eucromatina y heterocromatina es posible distinguir las fibras pericromatinianas (FPC) que son transcritos formados por  preRNAm llamado también RNA heterogéneo nuclear (hnRNA o htRNA) Imagen. La maduración del preRNAm se realiza por el corte de intrones y el empalme de exones en  las FPC. Como resultado de este proceso, también llamado “splicing” se obtiene un mRNA maduro que forma los gránulos pericromatinianos (GPC) Imagen. La maquinaria necesaria para el “splicing” se encuentra almacenada en los gránulos intercromatinianos (GIC).

La eucromatina está formada por genes activos que están en la periferia del “territorio cromosómico” y adyacentes a intersecciones entre ellos, denominadas “dominios intercromosómicos”, pero separada de la envoltura nuclear. Los preRNAm y preRNAt son sintetizados en estas intersecciones ( FPC), y son procesados originando subdominios discretos (GPC) que se observan en los límites de la heterocromatina. La mayor parte de la heterocromatina (un cromosoma X en hembras de mamíferos, centrómeros o regiones) está adyacente a la envoltura nuclear porque se asocia con las proteínas de la lámina nuclear.

Otras subestructuras son el o los nucléolos, los cuerpos de Cajal y los cuerpos PML (del inglés “Promyelocytic Leukaemia bodies”). En los nucléolos se localizan los genes del rRNA que se encuentran en los organizadores nucleolares cromosómicos. Los cuerpos de Cajal son sitios de ensamble de ribonucleoproteínas ricas en uridina (snRNPs_U) que intervienen en el splicing. La función de los cuerpos PML aún no ha sido aclarada.