Mikronukleus skyldes først og fremmest acentriske kromosomfragmenter eller hele kromosomer, der ikke indgår i de datterkerner, der dannes ved mitose, fordi de ikke kan fæstne sig korrekt til spindlen under kromosomsegregationen i anafase. Disse hele kromosomer eller kromatidfragmenter er i sidste ende omsluttet af en kernemembran og ligner strukturelt set konventionelle kerner, om end de er mindre i størrelse. Denne lille kerne betegnes som en mikronukleus. Dannelsen af mikronukleier kan kun observeres i celler, der gennemgår kernedeling, og kan tydeligt ses ved hjælp af cytochalasin B, der blokerer cytokinesen for at blokere cytokinesen og frembringe en binukleeret celle.
Acentriske kromosomfragmenter kan opstå på forskellige måder. En måde er, at nedbrydning af DNA-dobbeltstrengsbrud kan føre til symmetriske eller asymmetriske kromatid- og kromosomudvekslinger samt kromatid- og kromosomfragmenter. Hvis DNA-skaderne overstiger cellens reparationskapacitet, kan ikke-reparerede dobbeltstrengede DNA-brud også resultere i acentriske kromosomfragmenter. En anden måde, hvorpå excentriske kromosomfragmenter kan opstå, er, når defekter i gener relateret til homolog rekombinationsreparation (f.eks. ATM, BRCA1, BRCA2 og RAD51) resulterer i en dysfunktionel fejlfri homolog rekombinations-DNA-reparationsvej og får cellen til at ty til den fejlbehæftede non-homologous end-joining (NHEJ)-reparationsvej, hvilket øger sandsynligheden for ukorrekt reparation af DNA-brud, dannelse af dikentriske kromosomer og acentriske kromosomfragmenter. Hvis enzymerne i NHEJ-reparationsvejen også er defekte, kan det være, at DNA-brud slet ikke repareres. Desuden kan samtidig excisionsreparation af beskadigede eller uhensigtsmæssige baser, der er inkorporeret i DNA, og som befinder sig i nærheden af hinanden og på modsatte komplementære DNA-strenge, føre til DNA-dobbeltstrengsbrud og dannelse af mikronukleus, især hvis reparationsvejens trin til udfyldning af hullet ikke er afsluttet.
Mikronukler kan også dannes fra fragmenterede kromosomer, når nukleoplasmatiske broer (NPB) dannes, strækkes og brydes under telofase.
Mikronukleedannelse kan også skyldes kromosom-malsegregering under anafase. Hypomethylering af cytosin i centromeriske og pericentromeriske områder og gentagelser af højere orden af satellit-DNA i centromerisk DNA kan resultere i sådanne kromosomale tabsbegivenheder. Klassisk satellit-DNA er normalt stærkt methyleret på cytosinrester, men kan blive næsten helt umethyleret som følge af ICF-syndromet (immundefekt, centromerinstabilitet og ansigtsanomalier) eller efter behandling med DNA-methyltransferasehæmmere. Da samling af kinetochoreproteiner ved centromer påvirkes af methyleringen af cytosin- og histonproteiner, kan en nedsættelse af heterokromatinintegriteten som følge af hypometylering forstyrre mikrotubulernes fastgørelse til kromosomerne og af registreringen af spændinger fra korrekte mikrotubuli-kinetochore-forbindelser. Andre mulige årsager til kromosometab, der kan føre til dannelse af mikrokerner, er defekter i kinetochore- og mikrotubulusinteraktioner, defekter i mitotisk spindelsamling, defekter i mitosekontrolpunktet, unormal centrosomforstærkning og telomerendefusioner, der resulterer i dikentriske kromosomer, der løsner sig fra spindlen under anafase. Der kan skelnes mellem mikronukleier, der stammer fra kromosomtabshændelser, og acentriske kromosomfragmenter ved hjælp af pancentromeriske DNA-sonder.