O nucléolo é de longe a subestrutura mais facilmente reconhecida no núcleo eucariótico , e pode ser visto usando uma variedade de corantes, bem como por microscopia de contraste de fase. De fato, na levedura de brotação, o nucléolo único ocupa quase metade do núcleo. As células de outras espécies têm frequentemente múltiplos nucléolos. O nucléolo é uma fábrica de ribossomos, composta de ácido desoxirribonucleico (DNA), ácido ribonucleico (RNA), e proteínas . No nucléolo, uma molécula precursora longa de RNA ribossômico (rRNA) é transcrita do DNA, processada em três RNAs maduros, e embalada junto com proteínas específicas para fazer as subunidades ribossômicas grandes e pequenas. Uma vez montadas, as subunidades são transportadas do nucleolus para o citoplasma para uso em translação (síntese de proteínas).
Os nucléolos não são estruturas estáticas. Eles se desmontam durante a mitose e a reforma na fase inicial do G1. A formação nucleolar não causa expressão dos genes do rRNA. Ao contrário, os núcleos são o resultado da transcrição e processamento do rRNA.
Visto no microscópio eletrônico, um nucléolo tem duas partes distintas: o componente fibrilar e o componente granular. O componente fibrilar pode ser subdividido em dois compartimentos: o componente fibrilar denso e o centro fibrilar. Os centros fibrilares contêm grandes quantidades de RNA polimerase I, que transcreve o rRNA. Pensa-se que a transcrição dos genes do rRNA ocorre na interface entre o componente fibrilar denso e o centro fibrilar. Os estágios posteriores da montagem do ribossomo ocorrem no componente granular.
Cromossomos humanos contêm cinco regiões organizadoras nucleolares (chamadas NORs), localizadas nos braços curtos dos cromossomos 13, 14, 15, 21, e 22. Em humanos, cada NOR contém aproximadamente cem cópias repetidas do gene rRNA. Os NORs de diferentes cromossomas normalmente se juntam em interfase. Assim, um único nucléolo é frequentemente composto por genes rRNA de dois ou mais NORs diferentes. Algumas espécies têm apenas um único cromossoma NOR e portanto um único nucléolo.
Além da função bem estabelecida dos núcleos na montagem de ribossomos, evidências recentes sugerem que os núcleos também estão envolvidos em vários outros processos celulares, incluindo a montagem e modificação de várias pequenas ribonucleoproteínas (RNPs), seqüestro de importantes proteínas reguladoras do ciclo celular, exportação de outros RNAs não ribossômicos, e controle da senescência celular ou envelhecimento.