每个处于非复制状态的染色体都由一个染色单体组成，该染色单体只是一个非常长的DNA分子，上面附着了许多组蛋白蛋白分子复合物。这些复合物中的每一个都是由四个亚基组成的八聚体，每个亚基包含一对组蛋白亚型。这些组蛋白就像一个线轴，染色体中的DNA绕组蛋白缠绕近两次，然后移向下一个八聚体。每个局部组蛋白-DNA阵列称为核小体。这些核小体扭曲和盘绕并扭曲得非常紧密，以至于完全拉直的染色单体大约有2米长，而每个染色体都适合放入一个小于一百万分之一米的细胞中。
组蛋白约占每个染色体质量的40％，DNA占其他60％。尽管组蛋白主要被认为是结构蛋白，但它们允许和强迫DNA盘绕和超螺旋的方式使得沿着DNA分子的某些斑点特别便于其他分子相互作用。反过来，这可以影响DNA中的哪个基因（包含给定蛋白质产物信息的所有DNA密码子的基因）最活跃或最受抑制。
当染色体复制时，两个结果相同的染色单体通过称为着丝粒的结构相连，该着丝粒通常不在每个线性染色单体的中心，而是基本上在一侧。成对的染色单体的较长片段称为q臂，而较短片段称为p臂。