染色體的主要化學(xué)成份是脫氧核糖核酸（DNA）和5種稱為組蛋白的蛋白質(zhì).核小體是染色體結(jié)構(gòu)的最基本單位.核小體的核心是由4種組蛋白（H2A、H2B、H3和H4）各兩個分子構(gòu)成的扁球狀8聚體.現(xiàn)在我們知道,DNA分子具有典型的雙螺旋結(jié)構(gòu),一個DNA分子就像是一條長長的雙螺旋的飄帶.一條染色體有一個DAN分子.DNA雙螺旋依次在每個組蛋白8聚體分子的表面盤繞約1.75圈,其長度相當(dāng)于140個堿基對.組蛋白8聚體與其表面上盤繞的DNA分子共同構(gòu)成核小體.在相鄰的兩個核小體之間,有長約50-60個堿基對的DNA連接線.在相鄰的連接線之間結(jié)合著一個第5種組蛋白（H1）的分子.密集成串的核小體形成了核質(zhì)中的100埃左右的纖維,這就是染色體的“一級結(jié)構(gòu)”.在這里,DNA分子大約被壓縮了7倍.
染色體的一級結(jié)構(gòu)經(jīng)螺旋化形成中空的線狀體,稱為螺線體或核絲,這是染色體的“二級結(jié)構(gòu)”,其外徑約300埃,內(nèi)徑100埃,相鄰螺旋間距為110埃.螺絲體的每一周螺旋包括6個核小體,因此DNA的長度在這個等級上又被再壓縮了6倍.
300埃左右的螺線體（二級結(jié)構(gòu)）再進一步螺旋化,形成直徑為0.4μ的筒狀體,稱為超螺旋體.這就是染色體的“三級結(jié)構(gòu)”.到這里,DNA又再被壓縮了40倍.超螺旋體進一步折疊盤繞后,形成染色單體——染色體的“四級結(jié)構(gòu)”.兩條染色單體組成一條染色體.到這里,DNA的長度又再被壓縮了5倍.從染色體的一級結(jié)構(gòu)到四級結(jié)構(gòu),DNA分子一共被壓縮了7×40×5=8400倍.例如,人的染色體中DNA分子伸展開來的長度平均約為幾個厘米,而染色體被壓縮到只有幾個微米長.
染色體在細胞分裂之前才形成.在細胞的代謝期或間期,染色體分散成一級結(jié)構(gòu)或伸展開的DNA分子,組成細胞核內(nèi)的染色質(zhì)或核質(zhì).