Apoptoz gerçekleşirken hücrede çeşitli morfolojik değişiklikler olmaktadır. Apoptozda ana morfolojik olay, nukleusun yoğunlaşması ve daha sonra parçalara ayrılmasıdır. Hücre küçülmesi ve piknoz ışık mikroskobu ile gözlenebilir.

Hücre büzülür, boyutu küçülür, sitoplazma yoğunlaşır ve organeller sıkıca paketlenir. Plazma membranında kabarcıklar oluşmasına “zeiozis” adı verilir. Bu görünüm plazma membranında bulunan iyon kanalları ve pompalarında aktivasyonun bozulmasına bağlıdır. Hücresel büzüşmenin nedeni Na, K, Cl iyonlarının taşıyıcı sistemin durması nedeniyle hücre içi ve dışı arasındaki sıvı hareketinin olmamasıdır. Apoptozun en belirgin özelliği olan piknoz, kromatin yoğunlaşması sonucunda meydana gelir.

Apoptotik hücrelerde hematoksilen-eozin boyamasında koyu eozinofilik sitoplazma ve yoğun mor kromatin parçaları ile oval veya yuvarlak gözlenir. Kromatindeki değişikliklerin başlamasını hemen öncesinde sitoplazmik kalsiyum iyon düzeyinde önemli bir artış olmaktadır. Normalde bir hücrede nuklear DNA’da birbirini takip eden yaklaşık 7 kırılma onarılırken, apoptozda yaklaşık 300.000 kırılma meydana gelir ve hücre bu onarımı yapamaz

Karyoheksis’i (nukleus yapısının dağılması) takiben hücre tomurcuklanarak küçük parçalara ayrılır. Bu işlemde transglutaminaz enzimi etkili olur ve apoptotik cisimler ortaya çıkar. Apoptotik cisimler; nuklear parça içeren veya içermeyen sitoplazma ve organeller içeren hücre parçalarından oluşur.

Organel, sağlam plazma membranının içinde bütünlüğünü devam ettirmektedir. Apoptotik cisimcikler; makrofaj, parankimal hücreler veya neoplastik hücreler tarafından fagosite edilir ve fagolizozomlar tarafından yıkılırlar. Apoptoz gerçekleşirken veya apoptotik hücreler ortamdan temizlenirken enflamatuar reaksiyon oluşmamaktadır. Bunun sebebi; apoptotik hücreler hücre içi materyallerini dokular arası alana salmazlar ve hızlıca fagosite edilirler.

Apoptotik hücrelerin tanınması, plazma membranındaki değişikliklerle olur. Normalde hücre membranının sitoplazma yönüne bakan tabakasında yer alan fosfatidilserin, aminofosfolipid transferaz enzimiyle membranın dış yüzüne çevrilir. Fagositik hücrelerin vitronektin ve lektin özelliğindeki reseptörleri fosfatidilserin ile bağlanır ve fagositozu uyarılır.