Каждая хромосома в своем нереплицированном состоянии состоит из одной хроматиды, которая представляет собой просто очень длинную молекулу ДНК, к которой прикреплено большое количество комплексов гистоновых белковых молекул. Каждый из этих комплексов представляет собой октамер, состоящий из четырех субъединиц, каждая из которых содержит пару подтипов гистонов. Эти гистоны скорее похожи на катушки, и ДНК в хромосомах обвивается вокруг гистона почти вдвое, прежде чем перейти к следующему октамеру. Каждый локальный массив гистон-ДНК называется нуклеосомой. Эти нуклеосомы деформируются, скручиваются и скручиваются так сильно, что, хотя длина полностью выпрямленной хроматиды составляет около 2 метров, каждая хромосома вместо этого вписывается в клетку шириной менее одной миллионной метра.

Гистоны составляют около 40 процентов каждой хромосомы по массе, а ДНК - остальные 60 процентов. В то время как гистоны рассматриваются в основном как структурные белки, способ, которым они допускают и заставляют спираль и суперскручение ДНК, делает определенные пятна вдоль молекулы ДНК особенно удобными для взаимодействия с другими молекулами. Это, в свою очередь, может влиять на то, какие гены в ДНК (ген, представляющий собой все кодоны ДНК, которые содержат информацию для данного белкового продукта) являются наиболее активными или наиболее подавленными.

Когда хромосомы реплицируются, две результирующие идентичные хроматиды соединяются структурой, называемой центромером, которая обычно находится не в центре каждой линейной хроматиды, а по существу в одну сторону. Более длинные сегменты парных («сестринских») хроматид называются q-плечами, а более короткие сегменты - дублированными p-плечами.