染色体
每个细胞的细胞核中都含有染色体，这是一种线状结构，其中包含DNA分子。染色体的结构由称为组蛋白的蛋白质支撑，这些蛋白质紧密地缠绕在DNA周围。当细胞不进行分裂时，由于其染色体不存在，因此无法通过显微镜观察到细胞核。然而，在细胞分裂过程中，染色体DNA会被更紧密地压缩，这时就可以在显微镜下看到细胞核了。基因
基因位于每条染色体的固定位置上，并携带遗传信息。这些遗传信息通过基因的作用被翻译成蛋白质。真核生物（包括植物和动物）的细胞核内含有DNA。同样，动物和植物的线粒体及叶绿体内也包含特定的基因群，但这些基因的功能与细胞核中的基因不同。原核生物（没有细胞核的生物，如细菌）的基因则存在于细胞质中的游离染色体上。质粒是一种小型、存在于细菌细胞外的遗传元件，其基因数量非常有限。一个物种的基因组（所有染色体加在一起）包含大量的基因。与人类基因组相比，大肠杆菌的基因组仅有5,416个基因，而人类基因组的基因数量估计在20,000到25,000个之间。拟南芥（Arabidopsis thaliana）拥有所有植物中最小的基因组，并且是第一个被完全测序的植物基因组。能够独立复制的细菌——生殖支原体（Mycoplasma genitalium）的基因数量最少，仅有517个基因。
DNA
大多数生物体和人类都继承了DNA作为遗传物质。一个人的DNA存在于他们身体的几乎每一个细胞中。在线粒体（也称为线粒体DNA或mtDNA）中，也含有少量的DNA。大部分DNA存在于核DNA中；不过，线粒体DNA中也存在DNA。线粒体是细胞内部的一种结构，它能够将食物转化为细胞可以使用的能量。本质上，DNA由四种化学碱基组成：腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胞嘧啶（C）和胸腺嘧啶（T）。每个人99%以上的DNA都由相同的30亿个碱基组成。根据这些碱基的排列顺序，生物体能够构建和维持自身的生命活动，就像字母按照一定的顺序组合成单词和句子一样。当DNA碱基配对时，A与C形成碱基对，C与G形成碱基三联体。每个碱基上还连接着糖分子和磷酸分子。碱基、糖分子以及磷酸分子共同组成了核苷酸。两条核苷酸链在细胞核中形成了双螺旋结构。这种结构可以被描述为一种“梯子”：碱基对构成了梯子的横档，而糖分子和磷酸分子则构成了梯子的竖杆。DNA最重要的特性之一就是它能够自我复制。在双螺旋结构中，每条DNA链都作为复制碱基序列的模板。为了使新细胞拥有与旧细胞相同的DNA，细胞在分裂时必须精确地复制自身的DNA。