A noção que os cromossomos carregam os genes, como percebe-se, só foi aceita mais tarde e constituiu-se na Teoria Cromossômica da Herança.
Thomas Hunt Morgan em 1910, trouxe a primeira evidência para essa teoria. Foi obtida a partir de estudos em uma mosca da fruta, a Drosophila melanogaster.
Esse organismo que mostrou-se como um dos mais adequados organismos para estudos genéticos, pelo seu pequeno tamanho e baixo número de cromossomos, fácil criação em pequenos espaços de laboratório, cultura de manutenção econômica, grande número de descendentes por geração, grande número de gerações em pouco espaço de tempo e a possibilidade de se obter fêmeas virgens logo após a eclosão para efetuar cruzamentos precisos. Morgan cruzou moscas de linhagens puras com olhos vermelhos (gene dominante) e de olhos brancos. Entretanto nem toda a progênie era de olho vermelho. Quando cruzava machos de olho vermelho da geração F1 com suas irmãs fêmeas de olho vermelho produzia somente ¼ de machos de olho branco mas nenhuma fêmea de olho branco.
Para uma explicação desse resultado a cor de olho nessa mosca deveria ser ligada ao sexo. Então existiriam cromossomos sexuais que carregariam genes como os da coloração de olhos. Observando essa e outras características com o mesmo padrão de segregação em Drosophila: asas pequenas (Miniature), cor de corpo amarela (Yelow), Morgan trouxe, portanto, como evidência da Teoria Cromossômica da Herança, os padrões de segregação dos genes ligados aos cromossomos sexuais em Drosophila.
Embora W. Waldeyer (1888) tenha sido quem usou o termo cromossomo pela primeira vez, foi W. C. Von Nageli (1842) quem primeiro os observou, mas foi W. Fleming (1879-1875) que utilizando novas técnicas de coloração os descreveu, denominando essa substância existente no núcleo de cromatina.
Foi Oscar Hertwig(1875) quem primeiro referiu a fusão do esperma com o ovo para formar o zigoto.
A identificação dos cromossomos como carregadores dos genes foi rapidamente demonstrada em trabalhos de 1880 de T. Boveri, K. Rabi e E. Van Breden, e mais tarde evidenciadas em publicações de Mc.Clung (1902), W.S.Sutton (1903), T.Boveri (1904), E.B.Wilson (1905).
Em 1885, A. Weissmann já afirmava que a herança era baseada exclusivamente no núcleo e em 1887 predizia a ocorrência e uma divisão redutora que denominou de meiose.
Em 1890, O. Hertwig e T. Boveri descreviam o processo de meiose em detalhe.
Em 1913, A. Sturtevant criava o primeiro mapa genético usando as características de Drosophila melanogaster. Demonstrava que os genes existiam em ordem linear nos cromossomos.
Em 1927, L. Stadler e H. J. Muller demonstravam que os genes podiam ser originados artificialmente ou induzidos por mutações usando radiações ionizantes como o Raio-X.
Os cromossomos de eucariotes são formados por nucleoproteinas, as histonas e não histonas associadas a DNA. Possuem em sua estutura dois braços separados por uma constrição primário ou centrômero, e ainda constricções secundárias que separam eventuamente o braço cromossômico de uma pequena região chamada de satélite. No M.E., um cromossomo na fase descondensada e com atividade de síntese de RNA, pode ser observado com um estrutura de contas em colar (os nucleossomos) constituídos de DNA enrolado (core DNA) em uma bola de 4 pares de histonas, H2A, H2B, H3 e H4, (core Histona) que juntos constituem cada nucelossomo. Observe o esquema na figura a seguir.
Dentro da região do centrômero existem regiões onde no processo de divisão celular os fusos acromáticos se ligam. O lugar onde ocorre essa ligação é o Kinetocoro, região constituída de DNA e proteina, a sequência de DNA dessa região é chamada de CEN DNA, que possui comprimento de 120 pares de base e está constituído de várias sub-regiões, CDE-I, CDE-II e CDE-III. Quando ocorrer uma mutação pontual na região III, isso elimina a possibilidade do centrômero funcionar na segregação do cromossomo durante a divisão celular. Atualmente foram evidenciados 3 tipos de proteinas que pertencem a essa região. esse complexo de proteinas é denominado Cbf-III. Esse complexo se liga a região III normal mas não tem capacidade de se ligar a essa região III mutada. Outra estrutura típica do cromossomo do eucarote é a região terminal do cromossomo chamada de telômero. Telomeros são as regiões de DNA terminal do cromosssomo, usualmente heterocromáticas e constituídas de sequências repetidas tandemicamente (com as mesmas sequências de bases).