Trái ngược với tế bào nhân thực, chứa vật chất di truyền bên trong nhân, tế bào nhân sơ cho phép vật chất di truyền của chúng trôi nổi trong tế bào chất của tế bào. Trên thực tế, tế bào nhân sơ không có bất kỳ liên kết bên trong, màng các bào quan. Mặc dù cả hai loại tế bào đều sử dụng DNA làm vật liệu di truyền chính, nhưng sinh vật nhân sơ sắp xếp DNA của chúng thành một vòng tròn đơn giản, thay vì bó nó thành một số nhiễm sắc thể như sinh vật nhân chuẩn.
Mặc dù thiếu nhân, tế bào nhân sơ tập trung DNA vòng tròn của chúng trong một phần nhỏ của tế bào được gọi là nucleoid, nhưng một màng không liên kết DNA này với nhau. Nhìn chung, tế bào nhân sơ có kích thước nhỏ so với tế bào nhân thực. Sự khác biệt này xảy ra một phần do kinh nghiệm của sinh vật nhân sơ gặp khó khăn trong việc cố gắng vận chuyển các nguồn tài nguyên xung quanh tế bào mà không có bào quan nào.
Sinh vật nhân sơ có trước sinh vật nhân chuẩn một cách đáng kể và cấu trúc nguyên thủy của chúng minh họa điều này. Một phần thành công của họ nằm ở khả năng trao đổi vật chất di truyền trực tiếp với các tế bào khác. Được gọi là chuyển gen ngang, khả năng này cho phép kháng kháng sinh. Sinh vật nhân sơ sử dụng các vòng DNA nhỏ, được gọi là plasmid, làm phương pháp chuyển gen theo chiều ngang.
Hầu hết các tế bào nhân sơ đều có trùng roi, là một cái đuôi dài giống roi để đẩy chúng đi qua môi trường của chúng. Tế bào nhân thực có nhiều loại cấu trúc vận động khác nhau, tùy thuộc vào chức năng của chúng.
