Фосфорилирование присуща для всех гистонов и отличается мобильностью.  Действие этой модификации двояко – декомпактизация хроматина при активации транскрипции и конденсация хроматина во время деления клетки и апоптозе. Гистон Н3 фосфорилируется по серину, что является одним из пусковых механизмов деления клетки под воздействием гормона роста. Фосфорилирование по 10 серину Н3 происходит в прицентромерном гетерохроматине во время поздней G2 фазы. Низкий уровень фосфорилирования Н3 обнаруживают в интерфазных клетках.

Наиболее изученным является фосфорилирование линкерного гистона Н1. У Physarum и в культуре клеток млекопитающих высокий уровень модифицированного Н1 обнаруживается у интенсивно делящихся клеток и значительно уменьшается у клеток с низким пролиферативным уровнем. Самый низкий уровень таких гистонов в G1 и далее увеличивается с S фазы и достигает своего пика в метафазе. Фосфорилируются заряженные концы гистона по серину, треонину, пролину, лизину и аргинину. Однако роль Н1 в образовании метафазных хромосом не столь велика и фосфорилирование ослабляет контакт Н1 с ДНК изменяя заряд радикала на отрицательный.

У инфузории Tetracyimena два ядра – вегетативное и репродуктивное. В вегетативное ядро делится амитотически и образования метафазных хромосом не происходит. Однако даже в таком хроматине можно наблюдать динамику фосфорилирования Н1, которая зависит от роста клетки. Если инфузорию морить голодом, то рост её останавливается, а большинство Н1 в клетке дефосфорилировано. Более того, тоже наблюдается и во время конъюгации. В транскрипционно активном макронуклеусе можно наблюдать высокофорфорилированные Н1. Тоже можно наблюдать с Н5 в эритроцитах курицы – на ранних стадиях развития этих клеток транскрипция еще происходит и Н5 фосфорилирован,  в зрелых эритроцитах, где хроматин весь конденсирован модификаций Н5 нет.

Баланс фосфорилированых остатков в гистоне поддерживается киназами и фосфатазами. Механизм работы: фосфорилирование приводит к ослаблению связи ДНК, тем самым освобождается линкерная ДНК, которая становится доступной для действия других белков, которые по-своему ремоделируют хроматин.