O nucléolo é a subestrutura mais proeminente do núcleo. Quando foi descoberto pela primeira vez, foi considerado um organelo isolado que forma fibrilas e grânulos. Em 1931, a relação entre o nucléolo e os cromossomas foi descrita pela primeira vez por Heitz. Ele observou que a aparência e tamanho do nucléolo varia dependendo da fase do ciclo celular. Ele também notou regiões contraídas em diferentes cromossomas aglomeradas em fases definidas do ciclo celular. Estas regiões, agora chamadas regiões organizadoras nucleolares ou NORs, são conhecidas por conter os genes que codificam o RNA ribossómico (rRNA).
A estrutura e o número de nucléolos variam consoante a necessidade de síntese de RNA ribossómico. Assim, o estado específico de diferenciação de uma célula pode ser identificado a partir dos seus nucléolos. Em células agressivas de cancro da mama, o nucléolo torna-se 30% maior durante a progressão do tumor, o que exige uma maior produção de ribossomas. Transversalmente, em linfócitos, a síntese de ribossomas é terminada na fase final da diferenciação celular. Consequentemente, os nucléolos diminuem de tamanho para se tornarem pequenas estruturas fibrilares.
O nucléolo consiste em três regiões estruturais distintas: o centro fibrilar, o componente fibrilar denso, e o componente granular. As diferentes regiões correspondem aos locais de transcrição, processamento, e montagem ribossomal de rRNA, em diferentes fases. Os centros fibrilares contêm genes de rRNA que são transcritos na periferia separando-os do componente fibrilar denso. O processamento de rRNAs precursores começa no componente fibrilar denso e estende-se ao componente granular, onde os rRNAs processados são montados com proteínas ribossomais. As subunidades pré-ribossómicas recém-formadas são então exportadas para o citoplasma para posterior processamento em ribossomas maduros.
