组蛋白修饰能够改变染色质结构，与转录激活和抑制有关。组蛋白修饰可以激活或抑制基因的表达，这取决于添加到目标组蛋白的残基和修饰的程度。组蛋白修饰有多种类型，包括乙酰化、甲基化、瓜氨酸化、脱氨、泛素化、ADP-核糖基化。
组蛋白乙酰化是研究最广泛的表观遗传修饰之一，通常发生在基本氨基酸（赖氨酸和精氨酸）上。一般来说，乙酰化通过降低组蛋白与DNA的亲和力来激活基因表达。组蛋白乙酰化由组蛋白乙酰转移酶（HATs）转移，由组蛋白去乙酰转移酶（HDACs）去除。HATs至少可分为五个不同的亚家族，包括HAT1（KAT1）、Gcn5/PCAF（KAT2a/KAT2B）、MYST（KAT5）、CBP/p300（KAT3B/KAT3A）和Rtt109（KAT11）。CBP/p300含有一个溴odomain，在与染色质结合方面很重要，并且作为有希望的表观遗传学目标引起了广泛的关注，用于治疗各种人类疾病，包括炎症、癌症、自身免疫性疾病和心血管疾病。
甲基化是另一个被广泛研究的组蛋白修饰，它由组蛋白甲基转移酶催化。组蛋白甲基化可以激活或沉默基因表达。例如，H3上赖氨酸4的三甲基化（H3K4me3）可激活基因表达，而H3上赖氨酸27的三甲基化（H3K27me3）据说与基因沉默有关。组蛋白去甲基化是由两类组蛋白去甲基化酶完成的：赖氨酸特异性去甲基化酶（LSD）家族蛋白（LSD1和LSD2）和含JmjC域的组蛋白去甲基化酶（JHDM）。
其他组蛋白修饰相对罕见，包括组蛋白脱氨/瓜氨酸化、泛素化、ADP-核苷酸化、脱氨、N6-甲酰化和O-GlcNAylation。例如，赖氨酸残基的ADP-核糖基化在不到1%的组蛋白中发生，但特别是在单条DNA链断裂的情况下被观察到。
