Se caracterizan por disponer de un núcleo que implementa únicamente:
Además, existen procesos servidores que se ejecutan en modo no privilegiado del procesador - que, por supuesto, se ejecutan fuera del espacio del núcleo del sistema operativo - y que implementan los siguientes componentes:
Siguiendo este esquema, cuando un proceso cualquiera solicita un servicio a través de una llamada al sistema, el micronúcleo canaliza la petición al proceso servidor correspondiente. Dicha comunicación se realiza mediante mensajería.
La principal ventaja de los sistemas operativos micronúcleo es que, al ejecutar menos líneas de código en modo privilegiado, de manera intuitiva son más fiables. Otras ventajas son que se garantiza el aislamiento de las partes que están fuera del núcleo. Generalmente, si un proceso servidor tiene un bug en su código que hace que entre en una condición de error, se puede relanzar sin tener que reiniciar el sistema por completo.
Sin embargo, el principal problema que presentan es el rendimiento, puesto que cualquier petición requiere mensajería, que lleva consigo un coste extra debido a la construcción de los mensajes, el reparto y la interpretación. Son estos problemas relacionados con el rendimiento los que hacen que no existan sistemas operativos micronúcleo, y que generalmente únicamente tiene propósitos educativos y/o propósitos muy específicos.
Algunos ejemplos de sistemas operativos micronúcleos son: