染色體（chromosome）是細胞在有絲分裂或減數分裂時DNA存在的特定形式。細胞核內，DNA 緊密卷繞在稱為組蛋白的蛋白質周圍并被包裝成一個線狀結構。

當細胞不分裂時，染色體在細胞核中是不可見的——在顯微鏡下也是如此。然而，構成染色體的 DNA 在細胞分裂過程中變得更緊密，染色體在顯微鏡下可見。

每條染色體都有一個叫做著絲粒（點）的收縮點，它將染色體分成兩個部分，即“臂"。短臂為“p臂"；長臂為“q臂"。 著絲粒（點）在每條染色體上的位置為染色體提供了*的形狀，可用于幫助描述特定基因的位置。

染色體有種屬特異性，隨生物種類、細胞類型及發育階段不同，其數量、大小和形態存在差異。

細菌和古細菌通常具有單個環狀染色體，但染色體大小存在顯著變異。大多數細菌染色體的大小從13萬個堿基對到 1400 萬個堿基對不等。疏螺旋體屬的螺旋體是個例外，僅含有單一線性染色體。

與真核生物相比，原核染色體含有更少的基于序列的結構。細菌通常具有一個復制起點，而一些古菌含有多個復制起點。原核生物的基因不含內含子，并以操縱子的形式組成基因表達調控單元，這與真核生物也不同。

原核生物不具有核，它們的 DNA 被組織在一個類核結構中。類核是獨.特的結構并占據細菌細胞確定的區域。但這種結構是動態的，可被與細菌染色體相關的一系列組蛋白樣蛋白的作用來維持和重塑。古細菌染色體中的 DNA 被包裝在與真核核小體相似的結構中。 某些細菌還含有質粒或其它染色體外 DNA。這些細胞質環狀結構含有細胞 DNA，在水平基因轉移中發揮作用。細菌染色體傾向于結合于質膜上， 因此，分子生物學通過離心裂解的細菌以便其從質粒 DNA 中的分離。 與真核生物一樣，原核染色體和質粒 DNA 通常是超螺旋的。DNA 轉錄、調節和復制前必須首先將 DNA 超螺旋鏈解開。

真核生物中的染色體由染色質絲組成。染色質絲由核小體組成（組蛋白八聚體，DNA 鏈的一部分附著并包裹在其周圍）。染色質絲被蛋白質包裝成稱為染色質的濃縮結構。染色質含有絕大多數的 DNA 和少量的母系遺傳獲得的如線粒體 DNA。染色質存在于大多數細胞中，除少數例外，例如紅細胞。 染色質允許非常長的 DNA 分子進入細胞核。在細胞分裂期間，染色質進一步濃縮以形成顯微鏡下可見的染色體。染色體的結構隨細胞周期而變化。在細胞分裂期間，染色體被復制，分裂并成功傳遞給它們的子細胞，以確保它們的后代的遺傳多樣性和存活。染色體可以以復制或非復制的形式存在。未復制的染色體是單個雙螺旋，而復制的染色體包含由著絲粒連接的兩個相同的雙螺旋（其中的任何一個被稱為染色單體或姐妹染色單體）。

真核生物（具有細胞核的細胞，例如植物、真菌和動物細胞）具有包含在細胞核中的多個大的線性染色體。每個染色體都有一個著絲粒，一個或兩個從著絲點突出的臂。此外，大多數真核生物還有小的環狀線粒體染色體，一些真核生物也有額外的小環狀或線性細胞質染色體。 在真核生物的核染色體中，未濃縮的DNA以半有序結構存在，被包裹在組蛋白（結構蛋白）周圍，形成稱為染色質的復合結構。

在細胞不分裂的間期，存在兩種類型的染色質：常染色質，由具有活性的 DNA 組成； 異染色質，主要由無活性的 DNA 組成，似乎在染色體階段起到結構性作用。異染色質可進一步區分為兩種類型： 組成型異染色質，位于著絲粒周圍，通常包含重復序列，從未表達；兼性異染色質，有時表達。

在有絲分裂或減數分裂（細胞分裂）的早期，染色質雙螺旋變得越來越濃縮。此時的染色體不再是可以進入的遺傳物質（轉錄停止），而是一種緊湊的可運輸的結構，形成經典的四臂結構，一對姐妹染色單體在著絲粒處相互連接。較短的手臂被稱為 p 臂，較長的手臂稱為 q 手臂。這個時期是用光學顯微鏡觀察單個染色體的最佳時間。 有絲分裂中期的染色體是線性的縱向壓縮的連續的染色質組成的環。在有絲分裂期間，微管從著絲點生長，并且通過被稱為動粒的特殊結構附著到著絲點上。每個染色單體具有自己的動粒，反向附著于有絲分裂紡錘體的兩極。在從中期到后期的過渡之中，微管將染色單體拉向著絲粒，使每個子細胞繼承一組染色單體。一旦細胞分裂，染色單體就會被解開，DNA 可以再次被轉錄。染色體結構上的高度濃縮，使得這些巨大的 DNA 結構能夠包含在細胞核內。