Le noyau est entouré d'une double membrane appelée membrane nucléaire, qui sépare le contenu du noyau du cytoplasme de la cellule. Cette membrane nucléaire est perforée par des pores nucléaires qui permettent le passage sélectif de substances entre le noyau et le cytoplasme. L'ADN, le matériel génétique de la cellule, est organisé sous forme de chromatine à l'intérieur du noyau. 

La chromatine est une combinaison d'ADN, de protéines histones et d'autres protéines associées qui stabilisent et régulent la structure de l'ADN. À l'intérieur du noyau, on trouve également des nucléoles, des régions spécialisées impliquées dans la synthèse des ribosomes, les structures cellulaires responsables de la traduction de l'ARN en protéines. 

Le noyau cellulaire est le siège de nombreuses activités génétiques et épigénétiques. Il régule l'expression des gènes en contrôlant la transcription de l'ADN en ARN messager (ARNm), une étape clé de la synthèse des protéines. Pendant la division cellulaire, le noyau se divise par un processus appelé mitose, assurant que chaque cellule fille reçoit une copie complète de l'ADN de la cellule mère. Ce processus est essentiel pour assurer la transmission précise de l'information génétique d'une génération cellulaire à l'autre.