كيميائياً، يتركب الكروموسوم من حمض نووي منقوص الاوكسجين DNA محاط ببروتينات الهستون Histon واللاهستونات Non-histones لتكون ما يعرف بالليف البروتيني Nucleoprotein fiber.

الهستونات هي بروتينات قلوية تساعد في تنظيم تركيب الـ DNA داخل أنوية الخلايا حقيقية النوى وتتكون من خمسة أنواع: H5 , H3,H2B,H2A,H1  إذ يسمى هستون النوع H1 بالرابط Linker histon ، أما الانواع الاربعة الاخرى فتدعی هستونات اللب Core histon التي عادةً ما تكون غير متجانسة في حقيقية النواة، وتتميز هذه الأنواع جميعها بكونها تمتلك ثلاث لفات حلزونية تدعى Motif، فهي جميعها بروتينات صغيرة الحجم تتألف من 102-132 حمض أميني باستثناء النوع H1 الذي يتألف من عدد أكبر من الأحماض الأمينية.

تدعم هذه الهستونات (موجبة الشحنة) هيكل الكروموسوم وترتبط بالحمض النووي DNA (سالب الشحنة) وهو ما يساعد على استقرار الهيكل التركيبي للـ DNA.

 يتم حزم الحامض النووي و الهستونات في تركيب يدعى النيوكليوسوم Nucleosomes الذي يتكون من احاطة شريط الDNA بثمان جزيئات من بروتينات الهستونات، إذ يمثل هذا المستوى الأول من عملية حزم وتكثيف الـ DNA التي تستمر بحزم جزيئات النيوكليوسوم لتكوين تراكيب أكثر إلتفافاً حتى يصل الكروموسوم الى شكله النهائي.

إن أفضل المراحل لدراسة شكل الكروموسومات هي خلال أطوار انقسام الخلية وخاصة في الطور الإستوائي والطور والإنفصالي، إذ تظهر الكروموسومات على شكل أجسام إسطوانية ذات كثافة عالية وتصطبغ بشدة بالصبغات القاعدية، فقبل إنقسام الخلية، يكون الكروموسوم على شكل الكروماتين مثل الحبل الطويل الرفيع جداً، وعندما تبدأ الخلية بالإنقسام في الطور التمهيدي تتكسر خيوط الكروماتين ويلتف كل خيطين فيصبحا اقصر وأسمك ليشكلا الكروماتيدان الشقيقان (الكروموسوم)، إذ يقوم هذا الحبل بنسخ نفسه و يصبح على شكل أنابيب أقصر، فعادةً ما يكون حجم الكروموسوم وطوله متغيراً أثناء مراحل دورة الخلية .

مظهرياً، يتكون تركيب الكروموسوم من: الشريط الكروموسومي (الخيط الصبغي)، المادة المغلفة ،الكروماتيدات (الحبيبات الصبغية) ،السنترومير، الإختناقات الطرفية، التابع، الحبيبات ،الأيروكروماتيد: هي تراكيب مختلفة تتواجد على طول الكروماتيدات وتحوي أغلب الجينات المندلية ،الهتروكروماتيد تراكيب مختلفة تتواجد على طول الكروماتيدات التي تحوي جينات غير مندلية، فقابليتها للاصطباغ أكثر من الإيروكروماتيد، وهي على علاقة بتحديد الجنس من خلال كروموسوم الجنس.

يتميز الكروموسوم إلى عدة مناطق منها نقطة التخصر الأولي Primary constriction (منطقة الإختناق الأولي) التي تسمى السنترومير Centromeres وتقسم الكروموسوم إلى قسمين (كروماتيدين) يمثلان ذراعي الكروموسوم، كما توجد مناطق تخصر ثانوي Secondary constriction تسمى المنطقة المنظمة للنوية Nucleolus organizer region وهي عبارة عن تخصر ثانوي ثابتة الموقع على كروموسومات محددة يستحث تكوين النوية، يوجد في كروموسومات معينة بالقرب من نهاية الكروموسوم يحتوي على الجينات الخاصة بتكوين rRNA توجد في نهايات بعض الكروموسومات تترك فيها مناطق تسمى بالتوابع Satellite وهي تراكيب كروية أو مستطيلة الشكل تستخدم كدلالة للتعرف على مثل هذه الكروموسومات كما هو موجود في بعض كريات الدم البيضاء الحبيبية المسماة بعصا الطبل Drumstick ،وتسمى المناطق الطرفية للكروموسوم تيلومير Telomere ، هذه النهايات الطرفية عبارة عن تتابعات من الDNA شديد الالتفاف غير نشطة وراثياً ذات أهمية كبيرة في منع نهايات الكروموسومات من الالتصاق مع بعضها كما تمنع الإنزيمات المحللة للـDNA من تكسير نهايات الكروموسومات بالإضافة لتسهيل تضاعف نهايات الكروموسومات دون فقدها.

يتألف الكروموسوم من ذراعين أحدهما ذراعاً قصيراً يسمى P arm وذراعاً آخر طويلاً يسمى Q arm وقطعة مركزية Centromere وهي منطقة التخصر،(أنظر الشكل رقم 1).

الشكل (1) يوضح مناطق الاختناق او التخصر الكروموسومي

إن الكروموسوم بهيئته هو عبارة عن كروماتيدين إثنين متحدين، إذ يتكون كل زوج من الكرموسومات من خيطين (قضيبين) يسمى كل واحد منهما بالكروماتيد Chromatid ، فعند إتحاد كروماتيدين يتكون الكروموسوم، فيترتب كل كروماتيد بشكل حلزوني Spiral configuration ليحمل في طياته عشرات الآلاف من الجينات، وعلى هذا التركيب الحلزوني للكروماتيد يوجد موقع خاص لكل جين (وهو الأليل) على الكروماتيد المقابل، أي أن لكل جين موقع خاص به على الكروماتيد مشابه تماماً لموقع نفس الجين على الكروماتيد المقابل له (أنظر الشكل رقم 2)، فيتحد الأليلان على الكروماتيدين ( أليل تم وراثته من الأب وأليل آخر تم وراثته من الأم عند اندماج الحيوان المنوي ببويضة الأم) لتكوين الجين، فإذا كان الأليلان متشابهين تشابها تاماً في التسلسل النيوكليوتيدي فيطلق على هذه الحالة متماثل الجينات Homozygote ، واذا كان الأليلان مختلفين في تسلسلهما النيوكليوتيدي فيطلق على هذه الحالة مختلف الجينات (متباين) Heterozygote .

يمكن رؤية الكروموسومات تحت المجهر الضوئي فقط عند بدأ الخلية بالانقسام، إذ تتجمع كل الكروموسومات بشكلها المتكثف في منتصف الخلية، وقبل أن يحدث ذلك، يقوم كل كروموسوم بنسخ صورة طبق الأصل منه، فترتبط النسخة الجديدة بالكروموسوم الأصلي عبر منطقة السنترومير ليظهرا على شكل حرف X (في حالة كون موقع السنترومير قرب الوسط) أو يأخذ شكلاً مكوناً من ذراعين فقط -  على شكل رقم 8 تقريباً- (عندما يكون موقع السنترومير قرب نهاية الكروموسوم).

يتكون الكروموسوم من تتابعات خطية للجينات، لذا فكل منطقة تتابع نيوكليوتيدي ما ستحدد بروتيناً نوعياً، إذ يُتوقع وجود تلازم بين تتابع القواعد في هذه المنطقة وتتابع الأحماض الأمينية في البروتين الناتج عنها، فقد تم إثبات وجود هذا التوازي عند دراسة الخريطة الوراثية والجزيئية لتتابع القواعد في جزيء DNA وخريطة تتابع الاحماض الأمينية في البروتين الناتج.

الشكل (2) مخطط كروماتيدي الكروموسوم ومواقع الاليلات .