核中具有特殊结构、载有遗传物质、能准确自我复制、易被碱性染料着色的线状物。

染色体由脱氧核糖核酸（DNA）、组蛋白和少量的非组蛋白及核糖核酸（RNA）组成。每个物种的染色体都具有一定的数目、形态、结构和功能，其一切可见特征只在细胞分裂中可以观察。不分裂的细胞（间期细胞核）中通常只能观察到被碱性染料着色的网状物（电镜下为细丝状物）即染色质。染色体与染色质是细胞周期不同阶段上以不同形式存在的同一物质，说明染色体在细胞间和世代间存在着连续性。

细胞分裂过程中染色体始终处于动态变化之中，有丝分裂中期染色体形态特征比较典型、易于观察比较。中期染色体的形态主要用染色体长度（大小）和着丝粒所在位置描述。染色体长度因物种而变化在0.5～30微米（μm）间，直径变化在0.2～3μm之间。一般植物染色体较动物染色体为大，高等植物中单子叶植物染色体大于双子叶植物染色体。一条中期染色体包含纵向并列的两条染色单体，它们只在着丝粒处相连在一起。每条染色体的着丝粒位置固定不变。着丝粒两侧的染色体部分称染色体臂。因着丝粒可位于染色体中部、近中部、近端部或端部，因此染色体臂可有长短不等的变化，依此有中着丝粒染色体、近中着丝粒染色体、近端着丝粒染色体与端着丝粒染色体。染色体的臂比是短臂与长臂之比，用以了解着丝粒在某一染色体上的位置。有的染色体上还有位置固定的次级缢痕，此区域与核仁形成有关，又称核仁形成区。次级缢痕的外端连着一个球状或棒状的染色体小段称为随体。染色体长短，着丝粒位置，臂比，次级缢痕的有无及位置，随体有无、大小等形态特征，在不同染色体之间相对稳定。加上近代的染色体显带技术，可有效地鉴别物种的特定染色体（见细胞核型）。

细胞周期中染色质与染色体两种存在形式相互转化着。贝克（A.L.Bak）等1977年认为从染色质到染色体的变化过程中存在着四级结构形式：①染色质的一级结构——染色质纤丝，由一条DNA分子缠绕于由组蛋白构成的核粒或核小体上形成的一条半珠状纤丝，这条半珠状染色质纤丝经过缠绕缩短，长度为原来的DNA分子的1/7，电镜下观察直径为100；②染色质的二级结构——螺线体，串珠状染色质纤丝经螺旋化形成外径300，内径为100；中空的线状结构称螺线体，其长度又压缩成原来染色质纤丝长度的1/6；③染色质的三级结构——超螺线体，螺线体进一步螺旋化则形成直径4000（0.4μm）、长约11～60μm的筒状结构，称超螺线体，其长度又压缩成原来螺线体长度的1/40；④染色质的四级结构——染色单体，超螺线体再经螺旋化与折叠，又缩短成原来长度的1/5，即约2～10μm长，这就是一条染色单体。故一条染色单体包含一条DNA分子。

根据染色反应及核酸含量的差别，染色质可区分为异染色质与常染色质。异染色质区因染色质纤丝高度螺旋化而紧密卷缩，故染色很深。而常染色质区染色质纤丝解螺旋而松散，染色较浅。不同生物各个染色体具有不同但却稳定的异染色质的分布区域。

各种生物具有不同而稳定的染色体数目变化很大。例如水稻有24条（12对）染色体；普通小麦42条（21对）染色体；陆地棉有52条（26对）染色体；人类有46条（23对）染色体等。生物的生殖细胞只含有其体细胞染色体数的一半。体细胞中，凡形态结构功能相同的一对染色体称同源染色体，形态结构功能不同的染色体互称非同源染色体（异源染色体）。有些生物的细胞中经常出现额外染色体（超数染色体）称B染色体，其上不载遗传物质。动物和少数植物的细胞中，有1～2条决定性别的性染色体，称X、Y或Z、W等染色体，其余称常染色体或A染色体。人类的23对染色体中，男性有一对性染色体XY，女性有一对XX。

19世纪下半期起，发现染色体数在细胞中与世代间呈现周而复始的规律性变化，与孟德尔根据豌豆杂交试验提出的遗传因子分离与自由组合行为具有惊人的一致性。20世纪初摩尔根根据果蝇性状连锁遗传研究，认定基因（遗传因子）位于染色体上，并呈直线排列，断定染色体是孟德尔遗传性状传递的物质基础，从而奠定了染色体遗传理论，并发展成细胞遗传学（经典遗传学）。