人們對細胞內遺傳物質基礎的認識和對其他實物的認識一樣，都是一個由表及裏和從現象到本質的發展過程。
1865年，奧地利修道士孟德爾在進行豌豆繁育的實驗中，認識到種子的形狀和顏色等十分明顯的特征是通過一些單獨存在的因子一代一代往下傳的。
過了大半個世紀後，在1926—1933年，美國遺傳學家摩爾根和他的學生們研究了這種遺傳因子，稱它為基因，指出基因存在於細胞內部的染色體中，它能夠重新產生，當細胞分裂時在子細胞中再生出一套同樣的基因。這就把孟德爾的因子具體化，並與細胞結合起來。摩爾根獲得了1933年諾貝爾生理學和醫學獎。
“基因”這一詞最早是1906年英國胚胎學家貝特森提出來的，來自希臘文“起源或產生”。
染色體是因為它很容易染上顏色而得名。當時德國細胞學家W.弗萊明為了研究細胞分裂過程應用合成的苯胺染料，認識到細胞核具有線狀結構。後來這個線狀結構就被稱為染色體。
許多年前，科學家們已經知道染色體中含有蛋白質和核酸。由於人們曾把蛋白質看作生命的基石，因此大多數生物化學家和生物學家都認為基因就是蛋白質。
核酸的發現改變了科學家們的認識。核酸是瑞士青年生物化學家米歇爾在1869年首先從膿細胞中分離出來的。
米歇爾起初在瑞士巴塞爾大學學習醫學，畢業後接受他的伯父、解剖學教授的勸告：組織發展的基本問題必須以化學為基礎解決。1868—1870年，他到德國帶賓根生物化學家霍伯·賽勒的實驗室工作學習。就在這個實驗室的地下室裏，米歇爾發現了核酸。
他之所以選擇膿細胞，是因為膿裏的白細胞是當時所知道的動物細胞最簡單的一種，而且外科診所可以經常供應。
動過手術的患者繃帶如果用一般的鹽溶液洗，膿細胞就會膨大成膠塊，如果用較稀的硫酸鈉溶液洗，就可以得到沉澱物與血清分離物質。米歇爾用稀堿溶液抽取膿的細胞時，發現在膿細胞內有一種物質在酸溶液中沉澱。這個沉澱物可以溶解在極微量的堿溶液中。於是，他認為這個在酸溶液中沉澱而在堿溶液中溶解的物質屬於細胞核的物質，因為他認為稀鹽酸可以溶解細胞核以外的所有細胞內容物。
當米歇爾把分離出來的這個屬於細胞核的物質放在顯微鏡下觀察時，又發現到“汙染”的現象，認為是細胞蛋白質的遺跡。於是他又在稀鹽酸中加入能夠分解蛋白質的胃蛋白酶，把殘跡洗掉，確定它除含有通常有機化合物分子中的碳、氫、氧和氮外，還含有磷，並用不同的儀器研究這種物質的物理、化學性質，確定這種物質不屬於當時已知的任何一種物質，而是一種新物質。由於這種物質來自細胞核，就稱它為核質。
可是這個結果一直拖延了兩年直到1871年才發表。原因是當時米歇爾隻是霍伯·賽勒門下一名研究助理，霍伯·賽勒不放心這個結果，在米歇爾離開這個實驗室後，重複了米歇爾的實驗，直到認為滿意後才發表。
1889年，德國生物化學家R.奧爾特曼發現了核質的酸性，把它改稱為核酸。
19世紀末20世紀初，德國生物化學家A.科塞爾在霍伯·賽勒實驗室裏繼續研究了核酸，確定核酸普遍存在於細胞中，但不同的細胞含量不同，他確定核酸要由4種不同的含氮堿基以及磷酸和糖組成。含氮基是含氮的雜環化合物嘌呤或嘧啶的衍生物，因呈堿性，故稱堿基。因此A.科塞爾獲得1910年諾貝爾生理學和醫學獎。