Il DNA di un organismo, che include milioni di nucleotidi, è distribuito in segmenti più o meno lunghi di cromosomi.
Ogni specie possiede un corredo di cromosomi tipico (per numero, dimensioni e forma) e contiene, in sequenza ordinata, un numero di geni più o meno elevato a seconda delle sue dimensioni, e pertanto ogni gene si trova in uno specifico locus di un determinato cromosoma.
Poiché nelle cellule somatiche il corredo genetico è duplice (diploide) ogni cromosoma è rap­presentato da due esemplari omologhi. Le cellule germinali invece, in seguito alla divisione meiotica (riduttiva) contengono un genotipo aploide e il numero dei cromosomi è ridotto a metà (è presente cioè un solo esemplare di ogni coppia di cromosomi omologhi).
II processo di duplicazione del DNA non è infallibile, ma possono verificarsi problemi dovuti ad agenti esterni, fisici o chimici, che possono alterare il corretto susseguirsi delle basi lungo la molecola, specie durante la duplicazione. Queste variazioni accidentali del DNA sono dette mutazioni ed i vari geni mutati possono essere trasmessi alla discendenza e diventare ad appannaggio di una certa popolazione. Quindi, il gene che serve per la codifica di una certa proteina, che si trova nel locus specifico di un cromosoma, può esistere in diverse varianti dette alleli. I vari alleli provocano generalmente diverse manifestazioni fenotipiche che possono essere varianti di caratteri normali (come i diversi gruppi sanguigni) o caratteri patologici.
Può accadere che un individuo, detto eterozigote, possieda nello stesso locus di cromosomi omologhi due diversi alleli. In questo caso quasi sempre il fenotipo corrisponde a quello di uno solo dei due alleli che è detto dominante, mentre, l'altro, che non si manifesta fenotipicamente, è detto recessivo. Il fenotipo caratteristico di un gene recessivo compare solo se l'individuo è omozigote per quel particolare gene (lo possiede cioè in entrambi i cromosomi omologhi). L'individuo omozigote per il gene dominante è sostanzialmente uguale all'eterozigote ma, come vedremo, questo non è del tutto vero.
Nei gameti passa un solo cromosoma di ogni coppia e quindi uno solo dei due alleli omologhi. Nell'uovo fecondato (zigote) il patrimonio ereditario è di nuovo diploide per la combinazione di metà patrimonio materno dell'uovo con metà patrimonio paterno dello spermatozoo. Considerando un determinato locus, se un individuo è omozigote produrrà gameti tutti uguali relativamente a quel gene, se invece è eterozigote i suoi gameti avranno per il 50% un allele e per l’altro 50% un altro allele.
In base a quanto sopra esposto, è possibile prevedere, in termini di probabilità, la distribuzione dei genotipi e dei fenotipi nei diversi tipi di accoppiamento possibile fra soggetti omozigoti dominanti, omozigoti recessivi ed eterozigoti. Questo è quanto fu messo in evidenza da Mendel nel 1865 con le sue leggi desunte in base a dati sperimentali sulle varianti del pisello.
In campo medico è da notare che può essere patologico il fenotipo dominante, oppure quello recessivo. La legge della dominanza, che è una delle scoperte fondamentali di Mendel, non è assoluta. In molti casi di patologia ereditaria recessiva l'eterozigote, pur essendo clinicamente sano, presenta piccoli segni di malattia, spesso evidenziabili solo con particolari ricerche di laboratorio (quindi non è del tutto identico all'omozigote dominante). Qualora i piccoli segni dell'eterozigote siano clini­camente evidenti, si parla di eredità semidominante o intermedia. La possibilità di mettere in evi­denza gli eterozigoti sani per geni patologici recessivi è di grande importanza nella prevenzione, per­ché proprio dall'unione di due eterozigoti si ha la nascita di soggetti omozigoti affetti da eventuale patologia.
Esiste anche la possibilità che i due alleli siano codominanti, cioè che si manifestino entrambi nel fenotipo, come avviene per i gruppi sanguigni del sistema ABO in cui il soggetto eterozigote AB si manifesta con la contemporanea presenza di antigeni A e B.
Nella maggior parte delle specie animali, compreso l'uomo, gli individui di sesso maschile sono caratterizzati da una particolarità del corredo cromosomico che comprende una coppia di elementi diseguali fra loro: uno più grande detto cromosoma X e uno più piccolo detto cromosoma Y. Nelle femmine invece è presente una coppia di cromosomi X. I cromosomi X e Y sono detti cromosomi sessuali o etero­cromosomi, gli altri invece sono chiamati autosomi. Agli eterocromosomi è legata la determinazione genetica del sesso; infatti, mentre nell'uovo passa, in seguito a meiosi, sempre un cromosoma X, negli spermatozoi avremo per il 50 % un cromosoma Y e per il restante 50 % un cromosoma X. Alla fecondazione, l'uovo ha probabilità del 50% di essere fecondato da uno spermatozoo con il cromosoma Y e lo zigote sarà XY, cioè maschile, e del 50 % di formare uno zigote XX, femminile.
Poiché negli eterocromosomi sono contenuti dei geni, vi sono alcuni caratteri la cui distribu­zione nella discendenza è influenzata dal sesso (eredità legata al sesso).
Ordinariamente ogni allele si trasmette alla prole indipendentemente dagli altri, cioè se un geni­tore possiede nei loci omologhi A gli alleli Al e A2 e nei loci B gli alleli Bl e B2, può trasmettere alla prole con pari probabilità le combinazioni Al-B1, Al-B2, A2-B1, A2-B2. Se però i due loci si trovano sullo stesso cromosoma, gli alleli che casualmente stanno su uno dei due cromosomi avranno ten­denza ad essere trasmessi in blocco e così pure quelli che stanno sull'altro. Si parla allora di associa­zione. Tuttavia l'associazione non è efficace egualmente su tutta la lunghezza del cromosoma, perché, durante la meiosi, dallo stadio di pachitene fino alla metafase, si formano delle zone di aderenza, i chiasmi, fra punti equivalenti dei cromosomi omologhi, e, al momento della separazione, può avve­nire fra i due uno scambio di segmenti (crossino over), per cui si ha una ricombinazione di alleli lungo il cromosoma rompendo la precedente associazione. In ogni meiosi si verificano una cin­quantina di chiasmi, quindi la ricombinazione è un fenomeno frequente. In pratica l'associazione fra alleli è efficace solo se i loci sono abbastanza vicini al cromosoma. Per esempio, nel cromosoma X è dimostrabile l’associazione fra i loci della discromatopsia, emofilia A, miopatia di Becker e fra quelli del gruppo sanguigno Xg, ittiosi, albi­nismo oculare, malattia di Fabry, ma non fra i loci dei due gruppi.