Micronúcleos resultam principalmente de fragmentos de cromossomos centrados ou cromossomos inteiros atrasados que não estão incluídos nos núcleos filhas produzidos pela mitose porque não se ligam correctamente ao fuso durante a segregação dos cromossomas na anáfase. Esses cromossomos completos ou fragmentos cromatídeos são eventualmente encerrados por uma membrana nuclear e são estruturalmente semelhantes aos núcleos convencionais, embora de menor tamanho. Este pequeno núcleo é referido como um micronúcleo. A formação de micronúcleos só pode ser observada em células submetidas à divisão nuclear e pode ser claramente observada usando citocinasina B para bloquear citocinese para produzir células binucleadas.
Detalhes cromossômicos centrados podem surgir de várias maneiras. Uma maneira é que a quebra da dupla cadeia de DNA pode levar a cromatídeos e trocas cromossômicas simétricas ou assimétricas, assim como fragmentos cromossômicos e cromossômicos. Se os danos no DNA excederem a capacidade de reparação da célula, quebras de DNA de dupla cadeia não reparadas também podem resultar em fragmentos cromossômicos acêntricos. Outra forma de se obter fragmentos cromossômicos excêntricos é quando defeitos em genes relacionados ao reparo homólogo recombinacional (ex: ATM, BRCA1, BRCA2 e RAD51) resultam em uma via de reparo de DNA homólogo recombinacional livre de erros disfuncional e faz com que a célula recorra à via de reparo não-homólogo não-homólogo (NHEJ), aumentando a probabilidade de reparo incorreto de quebras de DNA, formação de cromossomos dicêntricos e fragmentos cromossômicos acêntricos. Se as enzimas na via de reparação NHEJ também estiverem defeituosas, as quebras de DNA podem não ser reparadas de todo. Além disso, a reparação simultânea da excisão de bases danificadas ou inadequadas incorporadas no DNA que estão nas proximidades e em filamentos de DNA complementares opostos pode levar a quebras de DNA de cadeia dupla e formação de micronúcleo, especialmente se a etapa de preenchimento de lacunas da via de reparação não for concluída.
Micronúcleos também podem se formar a partir de cromossomos fragmentados quando pontes nucleoplasmáticas (NPB) são formadas, esticadas e quebradas durante a telófase.
A formação de micronúcleos também pode resultar da má segregação cromossômica durante a anáfase. Hipometilação da citosina em áreas centrômicas e pericentrômicas e repetições de ordem mais alta do DNA do satélite em DNA centrômero pode resultar em tais eventos de perda cromossômica. O DNA clássico do satélite é normalmente fortemente metilado nos resíduos de citosina, mas pode ficar quase totalmente desmetilado devido à síndrome da ICF (Imunodeficiência, instabilidade centrômica e síndrome das anomalias faciais) ou após tratamento por inibidores da metil transferase do DNA. Uma vez que a montagem das proteínas cinetócicas nos centrômeros é afetada pela metilação das proteínas citosina e histona, uma redução na integridade da heterocromatina como resultado da hipometilação pode interferir com a fixação dos microtubos aos cromossomos e com a detecção da tensão das conexões corretas entre microtubos-cinetócitos. Outras causas possíveis de perda cromossômica que podem levar à formação de micronúcleos são defeitos nas interações cine-centro e microtubulares, defeitos na montagem do fuso mitótico, defeitos no ponto de verificação da mitose, amplificação anormal do centrômero e fusões finais teloméricas que resultam em cromossomos dicêntricos que se destacam do fuso durante a anáfase. Micronúcleos originados de eventos de perda cromossômica e fragmentos de cromossomos podem ser distinguidos usando sondas de DNA pancentrômicas.