El estudio del núcleo es de gran importancia en patología de neoplasias y alteraciones de los cromosomas.

El recuento de mitosis de un tejido es el número de mitosis por 10 campos de aumento mayor y el índice mitótico, la fracción de mitosis expresada en porcentaje. Tienen elevado índice mitótico las neoplasias malignas que son especialmente agresivas. Núcleos poliploides existen normalmente en el 10% de las células miocárdicas, hepáticas, de órganos endocrinos (lóbulo anterior de la hipófisis, islotes de Langerhans), vesícula seminal, megacariocitos, y aumenta con la edad en algunos órganos (hígado, vesícula seminal). Son patológicas las poliploidías en la regeneración celular después de daño tisular (necrosis en hígado, en túbulos renales, etcétera), hipertrofia de células miocárdicas, etcétera. Núcleos aneuploides se encuentran en síndromes malformativos y neoplasias malignas.

La cromatina nuclear se ve en dos formas: condensada denominada heterocromatina, o expandida, llamada eucromatina. En esta última se pueden observar en microscopía electrónica largas cadenas de ADN y partículas que corresponden a ADN alrededor de histonas, componente denominado nucleosoma.

Una disminución en la función y metabolismo celular, como sucede en la atrofia simple se acompaña de un aumento de la heterocromatina. Cuando la heterocromatina es muy irregular, desordenada y variable, se denomina discariosis, lo que se observa en neoplasias malignas. Hay neoplasias donde se pierde heterocromatina (carcinoma papilar del tiroides, carcinoma de epitelios cilíndricos, etc.) y los núcleos muestran un aspecto claro y homogéneo en su zona central, sin llegar a ser vacuolados (núcleos esmerilados).

El nucléolo, especialmente desarrollado en células con síntesis proteica activa, está formado en gran parte por ARN (ácido ribonucleico) al que se debe su basofilia; contiene además algo de ADN, que corresponde a las regiones del organizador nucleolar (RON), donde asas de ADN localizadas en los cromosomas acrocéntricos pueden demostrarse mediante hibridización in situ para localizar los genes ribosomales. El hombre posee cinco pares de cromosomas acrocéntricos y cada uno de ellos tiene dos RON, lo que da un total de 20 regiones para cada célula diploide. Estas regiones están asociadas a ciertas proteínas argirofílicas, característica útil para demostrar estas regiones mediante impregnación argéntica, con la que se ven como puntos negros en el nucléolo. El análisis cuantitativo de NOR puede ser usado para diferenciar neoplasias malignas de benignas, inferir su ploidía, su estado de actividad celular y su grado de malignidad.

Células con dos o más núcleos se denominan multinucleadas y son normales en el sinciciotrofoblasto, hígado, músculo estriado, miocardio, osteoclastos, condroclastos. Son patológicas: células de cuerpo extraño, de Langhans, de Touton en acumulaciones de lípidos, células gigantes en neoplasias benignas y malignas, células de Reed-Sternberg de la enfermedad de Hodgkin, hepatitis congénita con células gigantes. Su patogenia puede atribuirse a mitosis sin separación del citoplasma o a fusión de células entre sí.

Un daño celular mayor puede acompañarse de condensación de cromatina nuclear en forma de grumos o gruesos fragmentos alrededor del nucléolo y adosados a la membrana nuclear. Esta alteración puede seguir a una fase irreversible: acentuada hipercromatosis marginal o marginación de la cromatina nuclear, cariorrexis, condensación centrípeta de la cromatina nuclear o picnosis y disolución o cariólisis.

Se denomina atipia nuclear a variaciones anormales del tamaño, forma y constitución del núcleo (hipercromasia-aneuploidia) generalmente con polimorfismo nuclear.

Las inclusiones nucleares pueden corresponder a pseudoinclusiones citoplasmáticas, especialmente frecuentes en neoplasias, o a verdaderas inclusiones nucleares delimitadas por membranas y que se pueden producir durante la telofase. Las inclusiones nucleares de glicógeno son especialmente frecuentes en el hígado en diabéticos y su patogenia es desconocida. De todas las inclusiones nucleares las de mayor importancia por su significado diagnóstico son las de tipo viral, del ADN viral, como las que se observan por citomegalovirus (CMV), adenovirus, virus papiloma humano de la verruga vulgar, herpes, etc. Virus no visibles a través de sus inclusiones, especialmente en fase d einfección latente, pueden ser marcados con anticuerpos monoclonales específicos, como por ejemplo, el virus papiloma humano (HPV) en cervicitis crónica del útero, en condiloma acuminado, etcétera, virus de Epstein-Barr en carcinoma nasofaríngeo y enfermedades linfoproliferativas asociadas a inmunosupresión.