细胞核的主要功能
细胞核的主要机能是调控基因表现，并调节细胞周期中的DNA复制过程。细胞核是转录作用所发生的位置，由与可与细胞质中的转译作用隔离，使真核生物得以拥有一些原核生物所缺乏的基因调节能力。
细胞分隔
核膜使细胞核可掌控其内容物，并使这些物质与外部的细胞质隔离开来。这种作用对于核膜内外两侧的各种调控处理作用皆相当重要。有时细胞质中的处理作用必须受到限制，这时参与作用的关键物质就会移动到细胞核中，并与转录因子作用以进行负向调节，进而抑制反应路径中特定酵素的生成。以降解葡萄糖并生成能量的反应途径糖解作用为例，参与其中的己糖激酶负责催化第一个步骤，使葡萄糖转变成葡萄糖-6-磷酸。当糖解作用的后期产物果糖-6-磷酸浓度较高时，调控蛋白就会将六碳糖激酶移入细胞核，使其与核内蛋白质组合成为转录抑制复合物，以减弱糖解作用相关基因的表现。
为了调控正在转录当中的基因，细胞可将某些参与调节基因表现的转录因子与DNA隔离，直到这些因子在其他讯息传递路径中活化。不必要的基因表现即使只有少量，也会在此过程中受到阻碍。以参与大部分发炎反应的NF-κB调控基因为例，转录作用会受一连串讯息路径所诱导，一开始是TNF-α讯号分子与细胞膜上的受器结合，导致讯号蛋白的重新补充，最后使NF-κB受到活化。NF-κB上的核定位信号可使其经由核孔运输进入细胞核内，刺激目标基因的转录。
分隔作用也可以防止细胞对尚未经过剪接的mRNA进行转译，因为真核生物的mRNA必须在转译作用开始之前去除其中的内含子，才能合成有用的蛋白质。mRNA在与核糖体接触并开始转译以前，会先在细胞核中进行剪接作用，如果没有细胞核，那么未经处里的mRNA就会受到转译，进而产生形状错误，且功能无用的蛋白质。
基因表现
还在进行转录合成的核糖体RNA，可见正在增长的初级转录产物。右方箭头所指为DNA的3'端，为RNA合成起始点；左方箭头所指是5'端，是近乎完成的初级转录产物。
基因表现的第一步是转录，此过程利用DNA作为模板来合成RNA。具有蛋白质编码的基因，会转录生成信使RNA（mRNA），而mRNA则会在稍后的转译作用中，经由核糖体的作用合成出蛋白质。由于核糖体位于细胞核外侧，因此mRNA必须在合成后送出核外。
因为细胞核是转录进行位置，所以含有多种不同的蛋白质，有些直接参与转录；有些则参与相关的调节作用。这些蛋白质包括可以将双股DNA螺旋解开，帮助其他蛋白与其接触的螺旋酶；或是可以合成RNA的RNA聚合酶；以及可以改变DNA超螺旋程度的拓朴异构酶；还有多种调节基因表现的转录因子。
