Eukaryotická buňka je velmi složitá struktura tvořená větším počtem buněčných „součástek“ – organel: jádro s jadérkem, mitochondrie, plastidy, endoplazmatické retikulum, Golgiho aparát, vakuoly, lysozomy, ribozomy, cytoskelet, buněčné inkluze, cytoplazmatická membrána. Z hlediska genetiky jsou významné ty organely obsahující genetický materiál – jádro s jadérkem a mitochondrie, a také ty organely, které se účastní dělení buňky a organizují při něm genetický materiál.

Řídící organela buňky a často také největší. Jádro je ohraničeno dvojitou jadernou membránou (karyolemou) s otvory (jaderné póry), uvnitř je chromatin. Chromatin tvoří DNA a bílkoviny a dělí se na euchromatin (opticky světlejší, vyšší transkripční aktivita – tvorba RNA) a heterochromatin (opticky tmavší, nižší transkripční aktivita). Chromatin se při dělení buňky spiralizuje (zhušťuje a tvaruje) do útvarů viditelných v optickém mikroskopu.

Jadérko je „jen“ malá neohraničená část jádra, kde se tvoří rRNA a je viditelná v interfázi. V jádře může být více jadérek a většinou jsou uložené u vnitřní jaderné membrány.

V buňce jsou stovky až tisíce mitochondrií a slouží jako “energetická centra“ buňky. Probíhá v nich buněčné dýchání, při němž vzniká energeticky bohatá sloučenina adenosintrifosfát (ATP). Tu buňka využívá při jiných reakcích, do kterých potřebuje dodat energii.

Mitochondrie mají dvojitý obal; jeho vnitřní strana je zvrásněná do záhybů (krist); ty jsou uvnitř vyplněny hmotou matrix. Mitochondrie obsahují DNA – mitochondriální DNA (mtDNA), která patří k mimojaderné DNA. Mitochondriální DNA je většinou kruhovitá a obsahuje velmi málo genů (u lidí je to 37 genů). Mitochondriální DNA dědíme jen po matce (tzv. matroklinně), protože při splynutí vajíčka a spermie při oplození přechází do nově vzniklé zygoty jen mitochondrie vajíčka (mitochondrie spermie jsou zničeny).

Organely neohraničené membránou a složené z malé a velké podjednotky. Tvoří je rRNA a bílkoviny a probíhá v nich proteosyntéza (tvorba bílkovin). Ribozomy většinou nasedají přímo na vnější membránu jádra buňky nebo na endoplazmatické retikulum (organela, ve které probíhá syntéza dalších látek).

Cytoskelet tvoří síť bílkovinných vláken o různé tloušťce a složení, která vyztužuje buňku. Nejtenčí jsou aktinová mikrofilamenta, pak intermediární filamenta a nejsilnější jsou mikrotubuly. Důležitou roli hraje cytoskelet při dělení buňky, kdy vytváří tzv. dělící vřeténko organizující chromozomy při dělení.