真核细胞的内膜系统指细胞内部结构的总称，将细胞分为具有功能性和结构性的区室，并通过囊泡运输将膜和蛋白质分配在各个细胞器中。
细胞核含有细胞的大部分遗传物质，包含主要负责调控细胞代谢、生长和分化遗传信息的细胞器。所有这些基因和它们的内含序列为核基因组。植物的核基因组大小差别很大，一个细胞的其他基因信息存在于两个半自主细胞器—叶绿体和线粒体中。
细胞核由核膜的双层膜包围，是内质网的一个子区域。核孔在两层膜之间形成选择性通道链接核质和细胞质。每个核膜上的核孔可以从一千个到数千个，它们可以排列成高度有序的聚集体。
核“孔”事实上是一个复杂的结构，他是由100多个不同的核孔蛋白呈八边形排列而组成直径约105nm的核孔复合体。核孔蛋白在40nm的NPC通道排列形成网状结构，构成一个超分子筛。蛋白质进入细胞核需要一个称为核定位信号的特定氨基酸序列。
细胞核是染色体储存和复制的场所，由DNA及其互作蛋白组成。这种DNA蛋白质复合体统称为染色质。任何植物基因组的所有DNA的线性长度通常是它所在核直径的几百万倍。为了解决染色体DNA在核內组装的问题，线性双螺旋DNA在8个组蛋白分子组成的圆柱上绕了两圈，形成核小体。像珠子一样位于染色体长线上。
在有丝分裂中，染色质首先通过紧密地盘绕浓缩成直径30nm的染色质纤维，其中每两圈有6个核小体，然后经过蛋白质和核酸的相互作用继续折叠和压缩。在细胞分裂的期间，根据浓缩的程度，可以观察到两种染色质：异染色质和常染色质。大约10%的DNA组成了异染色质，这是一种高度紧密和无转录活性的染色质。多数异染色质集中在靠近核膜的地方，并和基本上不含基因的染色体区域相连，如端粒和着丝点。其余的DNA组成了常染色质，分散在染色体上，具有转录活性的形式。只有10%的常染色质在任何时期都具有转录活性。余下的处于半浓缩状态，介于异染色质和具有转录活性的常染色质之间。位于核质的特定区域可能会对染色体的调控产生影响。
在细胞分裂周期中，染色质经历了动态的结构变化。除了转录需要的短暂位置变化，通过添加或去除组蛋白的功能基团，异染色质区可以转换为常染色质区，反之亦然。这些基因组的整体变化，能引起稳定基因表达的变化。不通过改变DNA的序列而导致的基因表达的稳定变化称为表观遗传调控。
细胞核同样含有高密度的颗粒区域，称为核仁，这是核糖体合成的区域。典型细胞的每个核含有一个或多个核仁。包含了一条或多条染色体的部分，其中核糖体RNA基因成簇而形成一个称为核仁组织区的结构。核仁将核糖体蛋白和RNA组装成大、小两个亚基，分别从核孔中运输出来。这两个亚基在胞质中完成完整核糖体的组装。组装好的核糖体是合成蛋白质的机器。那些从核和胞质产生，负责“真核”蛋白质合成的核糖体要比在线粒体和质体中组装和保留的“原核”蛋白质合成场所核糖体大。
