Nhiễm sắc thể được cấu tạo từ chất nhiễm sắc, chứa phân tử ADN mạch kép, có chiều ngang 2 nm. Phân tử ADN quấn quanh khối prôtêin histon tạo nên các nuclêôxôm.
Mỗi nuclêôxôm gồm có lõi là 8 phân tử histon và được một đoạn ADN chứa 146 cặp nuclêôtit 1(3/4)vòng. Giữa hai nuclêôxôm kế tiếp nhau là một đoạn ADN và 1 phân tử histon.
Chuỗi nuclêôxôm tạo thành sợi cơ bản có chiều ngang 11 nm.
Sợi cơ bản cuộn xoắn bậc 2 tạo thành sợi nhiễm sắc có chiều ngang khoảng 30 nm.
Sợi nhiễm sắc lại xếp cuộn lần nữa tạo nên sợi có chiều ngang khoảng 300 nm.
Sợi có chiều ngang 300 nm xoắn tiếp thành cromatit có chiều ngang khoảng 700 nm.
Nhiễm sắc thể tại kỳ giữa ở trạng thái kép có 2 cromatit nên chiều ngang có thể đạt tới 1400nm.