染色質是在真核細胞中發現的 DNA 和蛋白質的復合物。 主要功能是將長 DNA 分子包裝成更緊湊、更致密的結構。 這可以防止鏈纏結，并且在細胞分裂過程中增強 DNA、防止 DNA 損傷以及調節基因表達和 DNA 復制方面也起著重要作用。 在有絲分裂和減數分裂過程中，染色質有助于后期染色體的正確分離； 在此階段可見的染色體特征形狀是 DNA 盤繞成高度濃縮的染色質的結果。

染色質的主要蛋白質成分是組蛋白。 由兩組四個組蛋白核心（組蛋白 H2A、組蛋白 H2B、組蛋白 H3 和組蛋白 H4）組成的八聚體與 DNA 結合并充當鏈纏繞的錨點。 一般來說，染色質組織分為三個層次：

• DNA 包裹在組蛋白周圍，形成核小體和串狀結構（常染色質）上的所謂珠子。
• 多個組蛋白包裹在 30 納米的纖維中，該纖維由核小體陣列組成，呈最緊湊的形式（異染色質）。
• 30 納米纖維的更高水平 DNA 超螺旋產生中期染色體（在有絲分裂和減數分裂期間）。

然而，許多生物體并不遵循這種組織方案。 例如，精子和鳥類紅細胞的染色質比大多數真核細胞更緊密，而錐蟲原生動物根本不會將其染色質濃縮成可見的染色體。 原核細胞具有完全不同的結構來組織它們的 DNA（原核染色體等價物稱為基因載體，位于類核區域）。

染色質網絡的整體結構進一步取決于細胞周期的階段。 在分裂間期，染色質結構松散，可以接觸轉錄和復制 DNA 的 RNA 和 DNA 聚合酶。 間期染色質的局部結構取決于 DNA 中存在的特定基因。 包含活躍轉錄（開啟）基因的 DNA 區域不太緊密，并且與稱為常染色質的結構中的 RNA 聚合酶密切相關，而包含非活性基因（關閉）的區域通常更濃縮并與異染色質中的結構蛋白相關 . 通過甲基化和乙酰化對染色質結構蛋白進行的表觀遺傳修飾也會改變局部染色質結構，從而改變基因表達。 對染色質結構的了解有限，它是分子生物學研究的活躍領域。

染色質在細胞周期中經歷各種結構變化。 組蛋白是染色質的基本包裝和排列，可以通過各種翻譯后修飾來改變染色質包裝（組蛋白修飾）。 大多數修飾發生在組蛋白尾部。 帶正電荷的組蛋白核心僅部分抵消 DNA 磷酸骨架的負電荷，導致整個結構的負凈電荷。 聚合物內電荷的不平衡導致相鄰染色質區域之間的靜電排斥，從而促進與帶正電的蛋白質、分子和陽離子的相互作用。 隨著這些修飾的發生，染色質周圍的靜電環境會發生變化，染色質的壓實程度也會發生變化。 染色質可及性和壓縮方面的結果取決于修飾的氨基酸和修飾的類型。 例如，組蛋白乙酰化導致染色質松動并增加復制和轉錄的可及性。 賴氨酸三甲基化可導致轉錄活性增加（組蛋白 H3 賴氨酸 4 的三甲基化）或轉錄抑制和染色質壓實（組蛋白 H3 賴氨酸 9 或 27 的三甲基化）。 幾項研究表明，不同的修改可能同時發生。

例如，有人提出二價結構（組蛋白 H3 上的賴氨酸 4 和賴氨酸 27 三甲基化）參與早期哺乳動物發育。 另一項研究測試了 H4K16ac 對染色質結構的作用，發現均勻乙酰化抑制 30 nm 染色質形成并阻斷三磷酸腺苷重塑。 這種獨特的修飾改變了染色質的動力學，表明 K16 處 H4 的乙酰化對于染色質結構的正確內部和內部功能至關重要。