雖然細胞核是細胞內最大、最明顯的細胞器，但由於細胞核生化成分分離難度較高，因此針對細胞核內生化過程的研究比細胞質研究更為困難。得益於過去10年間的技術革新，我們現在已經知曉細胞核是細胞中最致密，也可能是最活躍的地方。DNA、RNA的合成以及核糖體的組裝涉及了核質間的大量相互作用以及核內容物的持續性重定位活動。接下來，我們將由外而內地對細胞核結構進行闡述。
首先，讓我們一起了解一下細胞核與細胞質之間的邊界——核膜。核膜將細胞核內容物與細胞質相間隔開，同時控製著兩部分之間持續而大量的分子交換行為。那麽，為什麽細菌等原核生物沒有細胞核也能以驚人的速度增殖，而真核生物卻要給自己製造出這麽一個麻煩？事實上，就細菌而言，在數量上它們的確是成功的，但就本質而言，細菌也“僅有此一技之長”。盡管繁殖能力很強，同時保留有足夠的遺傳變異性（從而導致抗藥性菌株的不斷出現），但作為簡單的單細胞生物，細菌已經達到了自己的極限。如果將地球上生命體數量多寡與是否成功相掛鉤，那麽細菌無疑可以排在首位。然而，就生物的複雜性而言，細菌卻是地球上最簡單也是最原始的生物。此外，細菌還是地球上最古老的生命體，距今已存在有大約40億年的時間，因此，細菌也為所有後續出現的生命提供了原材料。地球上生物進化的最重要的一步是從原核細胞轉化為真核細胞，即出現了包含遺傳物質且具有獨立膜結構的細胞核，這才進一步促成了我們今天所知道的這些生命的增殖與巨大變化的發生。細胞核是如何出現的，目前還不清楚，但這可能是小細菌被大細菌吞噬的結果。被吞噬後，較小的細菌“接管”了較大的細菌，或是隨著DNA在核膜內的分配而發生內共生（endosymbiosis）。盡管細胞生物學界普遍認為線粒體和葉綠體起源於吞噬作用，但對於細胞核的起源，目前尚無共識。