הלמינה הגרעינית מורכבת בעיקר מקבוצת חלבוני הלמין. כמו כל שאר החלבונים, חלבוני הלמין נבנים בציטופלזמה ומועברים מאוחר יותר אל תוך הגרעין, שם הם מתאספים לפני שהם משולבים במערכת הרשתות הקיימת של הלמינה הגרעינית. למינים מצויים גם בנוזל הגרעין, שם הם יוצרים מבנה קבוע אחר, הנקרא "מעטה נוזל הגרעין" (nucleoplasmic veil), בו ניתן לצפות על ידי מיקרוסקופ המשתמש בפלואורסצנציה. תפקידו של המעטה איננו ברור, אף על פי שהוא מבודד מהגרעינון והוא מוצג במהלך האינטרפאזה.
מבני הלמין היוצרים את המעטה קושרים כרומטין ומשבשים את המבנה שלהם ובכך מדכאים את התעתוק של גנים המקודדים לחלבונים.
חלבון הלמין הוא מונומר בעל סליל אלפא הגורם לשני למינים להתפתל זה סביב זה, כך שהם יוצרים דימר. לאחר מכן, שני דימרים שכאלה מחוברים יחד זה לצד זה במבנה לא מקביל ויוצרים טטראמר. שמונה טטראמרים שכאלה יוצרים סיב חלבוני דק. סיבים אלה ניתן להרכיב ולפרק לפי הצורך, כלומר – אורכה הכולל של הרשת החלבונית, היא הלמינה הגרעינית, תלוי במספר היחידות החלבוניות המתווספות או מוסרות מהסיבים.
מוטציות בגן המקודד לחלבון הלמין המובילות לפגמים בהרכבת הסיב החלבוני, נקראות "למינופתיות". המחלה המוכרת ביותר הנגרמת ממוטציות היא הפרוגריה, הגורמת להזדקנות בטרם עת. עד כה, המנגנון המדויק הגורם לשינויים הביוכימיים הגורמים לפנוטיפ ההזדקנות בגיל צעיר איננו מובן במלואו.
כרומוזומים.
גרעין התא מכיל את רוב רובו של המידע הגנטי בתצורת מולקולת ה-DNA בעלת מבנה הסליל הכפול, ה"מלופפת" סביב כדורונים חלבונים הנקראים היסטונים לכדי מבנים הנקראים כרומוזומים. במהלך רוב מחזור התא מולקולות ה-DNA מאורגנות בקומפלקס הנקרא כרומטין ורק בזמן חלוקת התא (שלב ה-M) מתארגן לצורה המסודרת יותר של הכרומוזום, כפי שהיא נראית בקריוטיפים. חלק קטן מן המידע התורשתי בתא מצוי גם במיטוכונדריה.
ישנן שתי צורות של כרומטין. האאוכרומטין מכיל DNA בצורה יחסית לא צפופה ולכן הגנים הארוזים בו יכולים להתבטא על ידי התא. ההטרוכרומטין הוא גופיף בו ה-DNA ארוז בצורה צפופה מאוד, ולפיכך הגנים הארוזים בו מבוטאים רק לעיתים רחוקות. ההטרוכרומטין לאחר מכן ממוינים להטרוכרומטינים פקולטטיביים, המכילים גנים המוכנסים להטרוכרומטין רק בסוגי תאים מסוימים או רק בשלבים התפתחותיים מסוימים, ולהטרוכרומטינים קונסטיטוטיביים המכילים מבנים כרומוזומליים כגון טלומרים וצנטרומרים. במהלך האינטרפאזה, הכרומטינים מתארגנים ונארזים לגופיפים אינדיבידואליים מובחנים, הם הכרומוזומים, בטריטוריות הכרומוזומליות שלהם.
נוגדנים למספר צורות של גופים כרומטינים, ובמיוחד נוקלאוזומים, כנראה קשורים למספר מחלות אוטו-אימוניות, כגון זאבת אדמנתית מערכתית. נוגדנים אלו ידועים בשם "נוגדנים אנטי גרעיניים" ("Anti-nuclear antibody" או ANA בקיצור) ונצפו גם בחולי טרשת נפוצה כחלק מאי-התפקוד הכללי של מערכת החיסון. כמו במקרה של פרוגריה, תפקידם של הנוגדנים בהגברת הסיפטומים של המחלות האוטו-אימוניות אינו ברור עדיין.
גרעינון.
הגרעינון הוא אברון משני (או "תת-אברון") המצוי בתוך גרעין התא של רוב התאים האיקריוטים. הגרעינון הוא מבנה עגלגל, כהה ודחוס המופרד בבירור משאר תכולת הגרעין.
תפקידו העיקרי של הגרעינון הוא ייצור הריבוזומים. הגרעינון מורכב מכמה קומפלקסים של חלבונים והוא שוכן בצמוד לכרומוזומים, באזור שבו ה-DNA מכיל גנים המקודדים ל-rRNA. באזור זה, המכונה NOR (ראשי תיבות באנגלית של Nucleolar Organizer Region, "אזור ארגון הגרעינון"), שוכנים רוב הגנים המקודדים ל-rRNA. הגרעינון אינו מוקף בממברנה כלשהי, והוא חשוף לנוקלאופלזמה (הנוזל הממלא את גרעין התא). בתאי האדם, למשל, מפוזרים הגנים ל-rRNA על גבי חמישה כרומוזומים, וגרעינון נפרד נבנה בצמוד לכל אחד מהם.
בגרעינון מתבצע עיבוד ה-pre-rRNA, התעתיק הראשוני של ה-rRNA. הלה נחתך לגדילים המתאימים ליחידות הריבוזום, וכן מתבצע בו שינוי כימי של מספר נוקלאוטידים. את מרבית השינויים בגרעינון מבצעת חומצת גרעין הקרויה sno-RNA, ("RNA גרעינוני קטן"). אל הגרעינון מגיעים חלבונים המהווים חלק מהריבוזום, ושם הם מוצמדים ל-rRNA.
גופים תוך גרעיניים נוספים.
מלבד הגרעינון, הגרעין מכיל מספר גופיפים חסרי מעטפות אחרים. אלו כוללים את גופיפי קחאל, אזורי ה-PIKA, גופי ה-PML ואחרים. על אף שתפקידיהם הברורים של חלק מגופים אלו אינם ידועים לנו עד כה, הם מראים כי נוזל הגרעין איננו תערובת אחידה, אלא מכילה תתי אזורים תפקודיים רבים.
גופי קחאל.
גרעין תא נורמטיבי מכיל בדרך כלל בין 1 ל-10 יחידות דחוסות הקרויות גופי קחאל (על שם סנטיאגו רמון אי קחאל), שקוטרם הוא בין 0.2 ל-2 מיקרומטר, כאשר ישנה תלות בסוג התא ומין בעל החיים. כאשר הם נצפים תחת מיקרוסקופ אלקטרונים, הם נראים דומים בצורתם לכדורים קטנים וגופים אלה מהווים מוקדי תפוצה עבור החלבון קוילין. גופי קחאל מעורבים בכמה תפקידים הקשורים לעיבוד ה-RNA, ובמיוחד של הבשלת ה-snoRNA וה-snRNA, כמו גם הגהה של ה-mRNA.
תפקידי הגרעין.
תפקידיו העיקריים של גרעין התא הם בקרה על ביטוי הגנים והענקת מצע מבודד משאר התא, בו יכולים להתבצע תהליכי שכפול ה-DNA, השעתוק ותהליכי השחבור. ההפרדה שנוצרת על ידי גרעין התא בין מקום התרחשות תהליכים אלו לבין מקום התרחשות תהליך התרגום מאפשרת יצירת שלבים רבים יותר להגבלת התבטאות הגנים, שלבים שאינם קיימים ביצורים פרוקריוטים חסרי הגרעין.
מידור התא.
מעטפת הגרעין מאפשרת לגרעין לפקח ולברור את תכולתו, וכן מפרידה את תכולת הגרעין מן הציטופלזמה. יכולת זו חשובה לבקרת התהליכים המתרחשים בכל צד של מעטפת הגרעין. במקרים מסוימים, כאשר תהליך ציטופלזמי מסוים צריך להיות מוגבל או להיפסק, מורחק משתתף מרכזי בתהליך, כגון מגיב, מן הציטופלזמה לגרעין, שם הוא מתקשר לגורמי התעתוק לדיכוי יצירתו של אנזים מסוים הדרוש להמשך התגובה.
ביטוי גנים.
התבטאות הגנים מתחילה את דרכה בתהליך השעתוק, בו נבנית מולקולת RNA על גבי גדיל של DNA באמצעות זיווג בסיסים. במקרה של גנים המבטאים לחלבונים, תוצר תהליך זה הוא mRNA, המועבר לריבוזומים שבציטופלזמה, שם הוא עובר תהליך נוסף הנקרא תרגום, בו נבנה חלבון על פי הקודונים שב-mRNA.
מאחר שהגרעין מהווה אתר בו מתבצע השעתוק, מצויים בו חלבונים רבים הדרושים לתהליך זה או להגבלתו. חלבונים אלה כוללים את האנזים אליקאז האחראי לרופף ולהתיר את הקשרים בין הנוקליאוטידים של שני גדילי ה-DNA, על מנת שהאנזים RNA פולימראז יוכל לבנות על גבי כל אחד מהגדילים מולקולת RNA. כמו כן מצויים גם הטופואיזומראז המרופף את הקשרים בין הגדילים של ה-DNA וכן מספר גדול של גורמי שעתוק.
שחבור ה-mRNA הראשוני (pre-mRNA).
מיד לאחר השעתוק, נקראות מולקולות ה-mRNA" mRNA ראשוני" או "pre-mRNA". ה-mRNA הראשוני מכיל מקטעי DNA רבים שאינם מקודדים לחלבונים או אינם רצויים ולכן יש להסירם ממולקולות ה-mRNA שישלחו לתרגום. תהליך זה נקרא שחבור. בתהליך זה, מוסרים קטעים מסוימים מרצף הנוקליאוטידים המרכיב את ה-mRNA הראשוני, בעיקר המקטעים שאינם מקודדים לחלבונים ומקטעי הגנים המקודדים לחלבונים מסוימים מוצמדים זה לזה על מנת ליצור את ה-mRNA הסופי שישלח לתהליך התרגום. קטעי מולקולת ה-DNA המשועתקים ל-mRNA ומורחקים בתהליך השחבור נקראים אינטרונים והקטעים שאינם מורחקים בתהליך השחבור ולפיכך מתורגמים לחלבונים נקראים אקסונים.
תהליך השחבור על אותה מולקולת ה-RNA אינו מתרחש תמיד באותה צורה. שתי מולקולות RNA זהות יכולות לעבור בתא שחבורים שונים, תופעה הידועה כשחבור חליפי. תופעה זו היא האחראית לכך שמספר גנים מצומצם יחסית יכול להביא לכמיליון תוצרים חלבוניים שונים האפשריים בתא איקריוטי. דוגמה נפוצה לתוצר של תהליך השחבור החליפי הם חלבוני הנוגדנים המהווים חלק ממערכת החיסון. תהליכי השחבור והשחבור החליפי מתבצעים בתת-אברון הספלייסוזום שבתוך גרעין התא.
תאים איקריוטיים חסרי גרעין ותאים מרובי גרעינים.
על אף שלרוב התאים האיקריוטיים יש גרעין יחיד, ישנם מספר סוגים של תאים איקריוטיים להם אין גרעין, ואחרים להם יש יותר מגרעין אחד. מצב זה יכול להיות תוצאה של תהליך נורמטיבי, כמו תהליך האריתרופויזה במשפחת היונקים, בו תאי הדם האדומים מאבדים את גרעינם כחלק מתהליך ההתפתחות הטבעי שלהם במח העצם, או כתוצאה מחלוקת תא משובשת.
מכיוון שאין בידם מידע גנטי להעביר לדור הבא, תאים חסרי גרעין אינן יכולים להתחלק וליצור תאי בת. כאמור, התאים חסרי הגרעין הידועים ביותר הם תאי הדם האדומים אצל היונקים, החסרים גם אברונים אחרים, כגון מיטוכונדריון ומשמשים בעיקר לתהליכי תחלופת הגזים בגוף. בתהליך האריתרופויזה, תאי הדם האדומים מאבדים, בנוסף לגרעין, גם אברונים נוספים כגון המיטוכונדריה וכן את הריבוזומים. נוכחותם של מוטגנים עלולה לגרום לשחרורם של תאי דם אדומים עם גרעין קטן ולא מפותח, לתוך מערכת ההובלה. תאים חסרי גרעין נוספים יכולים להיווצר בגוף בחלוקת תא לא תקינה, בה תא בת אחד מחוסר גרעין ותא בת אחר בעל שני גרעינים.
בטבע מצויים גם יצורים בהם תאים מרובי גרעינים תקינים. ביניהם נמנים רוב מחלקת ה-Acantharea של הפרוטוזואה ומספר סוגי פטריות.
אבולוציה.
כיאה למאפיין המרכזי של התא האיקריוטי, שאלת מוצאו האבולוציוני של גרעין התא היוותה ומהווה מקור להשערות רבות ומגוונות. ארבע השערות עיקריות הוצעו להסבר קיומו, אך אף אחת מהן לא קיבלה תמיכה חד משמעית מהקהילה המדעית.