Los micronúcleos son principalmente el resultado de fragmentos cromosómicos acéntricos o cromosomas enteros rezagados que no se incluyen en los núcleos hijos producidos por la mitosis porque no se unen correctamente al huso durante la segregación de los cromosomas en la anafase. Estos cromosomas completos o fragmentos de cromátidas acaban siendo encerrados por una membrana nuclear y son estructuralmente similares a los núcleos convencionales, aunque de menor tamaño. Este pequeño núcleo se denomina micronúcleo. La formación de micronúcleos sólo puede observarse en las células que sufren división nuclear y puede verse claramente utilizando citocalasina B para bloquear la citocinesis y producir células binucleadas.
Los fragmentos cromosómicos excéntricos pueden surgir de varias maneras. Una de ellas es que el deterioro de las roturas de la doble cadena del ADN puede dar lugar a intercambios simétricos o asimétricos de cromátidas y cromosomas, así como a fragmentos de cromátidas y cromosomas. Si el daño en el ADN supera la capacidad de reparación de la célula, las roturas de doble cadena de ADN no reparadas también pueden dar lugar a fragmentos cromosómicos acéntricos. Otra forma en la que pueden surgir fragmentos cromosómicos excéntricos es cuando los defectos en los genes relacionados con la reparación recombinacional homóloga (por ejemplo, ATM, BRCA1, BRCA2 y RAD51) dan lugar a una vía de reparación recombinacional homóloga sin errores disfuncional y hacen que la célula recurra a la vía de reparación de unión de extremos no homólogos (NHEJ), propensa a los errores, lo que aumenta la probabilidad de reparación incorrecta de las roturas de ADN, la formación de cromosomas dicéntricos y los fragmentos cromosómicos acéntricos. Si las enzimas de la vía de reparación NHEJ también son defectuosas, es posible que las roturas de ADN no se reparen en absoluto. Además, la reparación por escisión simultánea de bases dañadas o inapropiadas incorporadas en el ADN que están en proximidad y en hebras de ADN complementarias opuestas puede dar lugar a roturas de doble cadena de ADN y a la formación de micronúcleos, especialmente si no se completa el paso de relleno de huecos de la vía de reparación.
Los micronúcleos también pueden formarse a partir de cromosomas fragmentados cuando se forman, estiran y rompen los puentes nucleoplásmicos (NPB) durante la telofase.
La formación de micronúcleos también puede ser el resultado de la malsegregación cromosómica durante la anafase. La hipometilación de la citosina en las áreas centroméricas y pericentroméricas y las repeticiones de orden superior del ADN satélite en el ADN centromérico pueden dar lugar a estos eventos de pérdida cromosómica. El ADN satélite clásico está normalmente muy metilado en los residuos de citosina, pero puede quedar casi totalmente desmetilado debido al síndrome ICF (síndrome de inmunodeficiencia, inestabilidad de los centrómero y anomalías faciales) o tras el tratamiento con inhibidores de la metiltransferasa del ADN. Dado que el ensamblaje de las proteínas del cinetocoro en los centrómeros se ve afectado por la metilación de la citosina y de las proteínas histónicas, una reducción de la integridad de la heterocromatina como resultado de la hipometilación puede interferir con la fijación de los microtúbulos a los cromosomas y con la detección de la tensión de las conexiones correctas entre los microtúbulos y el cinetocoro. Otras posibles causas de la pérdida de cromosomas que podrían conducir a la formación de micronúcleos son los defectos en las interacciones entre el cinetocoro y los microtúbulos, los defectos en el ensamblaje del huso mitótico, los defectos en el punto de control de la mitosis, la amplificación anormal del centrosoma y las fusiones de los extremos teloméricos que dan lugar a cromosomas dicéntricos que se desprenden del huso durante la anafase. Los micronúcleos originados por eventos de pérdida cromosómica y los fragmentos cromosómicos acéntricos pueden distinguirse utilizando sondas de ADN pancentromérico.