细胞核起源依然是一个未解之谜。迄今为止的学说主要有：共营模型(syntrophic model)、自演化模型(autogenous model)、病毒性真核生物起源模型(viral eukaryogenesis model)、外膜假说(exomembrane hypothesis)、压缩和结构化假说(packing and structurization hypothesis)，等等。

共营模型认为，与现代产甲烷古菌类似的某些古老的古菌，侵入并生活在类似于现代粘细菌的细菌体内，形成了早期的细胞核。古菌与真核生物在特定蛋白质(如组蛋白)基因的相似性被认为是支持以古菌为基础的细胞核起源理论的证据。

自演化模型认为原真核(proto-eukaryotic)细胞直接自细菌演化而来，并不需要通过内共生。证据来自一类专性好氧菌——浮霉菌(Planctomycete)，它们具有清晰的胞内膜结构，其中，有一种称之为Gemmata obscuriglobus的出芽菌，其染色质被双层的核膜所包裹，类似于真核生物的核的结构，而斯氏小梨形菌(Pirellula staleyi)的核被单层的细胞质内膜ICM所包裹。但是，这一模型并未进一步解释核实如何形成的。

病毒性真核生物起源模型认为，病毒感染原核生物导致了膜结合的细胞核与其他真核生物特征的产生。证据是真核生物和病毒在大分子结构上存在一定相似性，譬如，线性DNA链、mRNA的加帽，以及与蛋白质的紧密结合(病毒的外套膜类似于组蛋白)。该假说的其中一种观点认为，吞噬作用形成了早期的细胞“捕食者”，并随之演化出细胞核。

外膜假说认为，细胞核是起源自演化出第二层外细胞膜的单个早期细胞，而包裹原来细胞的内膜则转变成了核膜，并逐渐演化出精巧的核孔结构，以便于将内部(如核糖体亚基)合成的物质送出核外。

压缩与结构化假说认为，细胞核源自原核细胞基因组的大型化(包括DNA的复制错误或多倍化、侧向基因转移方式、内共生融合等)。核的成型及有丝分裂的出现主要是为了满足将巨大的DNA分子准确地分配到子代中去的需求，因此，如何将长链DNA有效地压缩(借助组蛋白)成若干染色体以及如何将多个染色体同时分离(借助纺锤体)是核演化的关键。从原核生物到真核生物，基因组的DNA总量大约增加了3.5个数量级，这与现代真核生物的DNA压缩比(packing ratio)惊人地一致。包括核膜在内的细胞内膜系统就是为了实现对复杂生化系统进行秩序化管控，或者说，秩序化是通过细胞内部的模块化得以实现的 。