Micronucleii rezultă în principal din fragmente de cromozomi acentrici sau cromozomi întregi întârziați care nu sunt incluși în nucleele fiice produse prin mitoză deoarece nu reușesc să se atașeze corect la fus în timpul segregării cromozomilor în anafază. Acești cromozomi întregi sau fragmente de cromatide sunt în cele din urmă înglobate de o membrană nucleară și sunt similare din punct de vedere structural cu nucleele convenționale, deși de dimensiuni mai mici. Acest nucleu mic este denumit micronucleu. Formarea micronucleilor poate fi observată numai în celulele aflate în diviziune nucleară și poate fi clar observată cu ajutorul citochalasinei B pentru a bloca citochineza și a produce celule binucleate.
Fragmentele de cromozomi concentrici pot apărea într-o varietate de moduri. Un mod este acela că deteriorarea rupturilor de dublu șir de ADN poate duce la schimburi simetrice sau asimetrice de cromatide și cromozomi, precum și la fragmente de cromatide și cromozomi. În cazul în care leziunile ADN-ului depășesc capacitatea de reparare a celulei, rupturile de ADN dublu catenar nereparate pot duce, de asemenea, la fragmente cromozomiale acentrice. Un alt mod în care pot apărea fragmente cromozomiale excentrice este atunci când defecte în genele legate de repararea recombinării omoloage (de exemplu: ATM, BRCA1, BRCA2 și RAD51) determină o disfuncționalitate a căii de reparare a ADN-ului prin recombinare omoloagă fără erori și determină celula să recurgă la calea de reparare NHEJ (non-homologous end-joining), predispusă la erori, ceea ce crește probabilitatea de reparare incorectă a rupturilor de ADN, de formare de cromozomi dicentrici și de fragmente cromozomiale acentrice. În cazul în care și enzimele din calea de reparare NHEJ sunt defecte, este posibil ca rupturile de ADN să nu fie reparate deloc. În plus, repararea prin excizie simultană a bazelor deteriorate sau necorespunzătoare încorporate în ADN care se află în apropiere și pe șiruri complementare opuse de ADN poate duce la rupturi bicatenare ale ADN-ului și la formarea de micronuclei, în special dacă etapa de umplere a golurilor din calea de reparare nu este finalizată.
Micronucleii se pot forma, de asemenea, din cromozomi fragmentați atunci când punțile nucleoplasmatice (NPB) sunt formate, întinse și rupte în timpul telofazei.
Formarea micronucleilor poate rezulta, de asemenea, din malsegregarea cromozomilor în timpul anafazei. Hipometilarea citosinei în zonele centromerice și pericentromerice și repetările de ordin superior ale ADN-ului satelit în ADN-ul centromeric pot avea ca rezultat astfel de evenimente de pierdere cromozomială. ADN-ul satelit clasic este în mod normal puternic metilat la nivelul reziduurilor de citosină, dar poate deveni aproape complet nemetilat din cauza sindromului ICF (sindromul de imunodeficiență, instabilitate centromerică și anomalii faciale) sau după tratamentul cu inhibitori de ADN-metil transferază. Deoarece asamblarea proteinelor kinetocore la centromeri este afectată de metilarea citozinei și a proteinelor histonice, o reducere a integrității heterocromatinei ca urmare a hipometilării poate interfera cu atașarea microtubulelor la cromozomi și cu detectarea tensiunii din conexiunile corecte microtubule-kinetochore. Alte cauze posibile ale pierderii de cromozomi care ar putea duce la formarea de micronuclee sunt defecte în interacțiunile dintre kinetocore și microtubuli, defecte în asamblarea fusului mitotic, defecte ale punctului de control al mitozei, amplificare anormală a centrosomului și fuziuni ale capetelor telomerice care duc la cromozomi dicentrici care se detașează de fus în timpul anafazei. Micronucleii care provin din evenimente de pierdere de cromozomi și fragmente de cromozomi acentrici pot fi distinși cu ajutorul sondelor de ADN pancentromeric.
.