有共同的祖先，基因间序列相似，这些相似性是分子系统演化的基础。如果两个或多个结构具有相同的祖先，也就是它们由一个共同的祖先演化而来，则称它们同源。在漫长的演化岁月中它们仍然保持原有的生物学功能。同源基因可分为两类：①种间同源基因（orthologous gene）。不同物种之间的同源基因，它们来自物种分隔之前的同一祖先。②种内同源基因（paralogous gene）。同一种生物内部的同源基因，它们常常是多基因家族的不同成员，其共同的祖先基因可能存在于物种形成之后，也可能出现于物种形成之前。

种间同源基因和种内同源基因是同源序列的两种类型。直向同源描述在不同物种中来自共同祖先的基因。种间同源基因可能有相同的功能，也可能没有。种内同源基因描述在同一物种内由于基因复制而分离的同源基因。共生同源常见于同一物种，但也不是绝对如此。如图中鼠的α球蛋白和β球蛋白基因是种内同源基因。并且，鼠的β球蛋白和鸡的β球蛋白基因的关系也是种内同源基因。

通常，同源基因不会有完全一致的核苷酸序列，因为这些基因在出现后独立地发生随机突变，但它们有相似的序列组成，大部分未突变的核苷酸位置是相同的。当一个新的基因序列被确认后，根据同源性可以从数据库中查找已知序列的同源基因。根据演化的相关性可以从已知的同源基因推测新基因的功能。如果新测序的基因与另一个原来已测序的基因序列相似，那么就提示它们有演化上的关系，并且新基因与原来的基因有相同或至少相似的功能。一对相关基因在演化上要么有关，要么无关，没有介于二者之间的情况，所以说具有百分之几的同源性是没有意义的。

成对的同源基因之间在编码序列以及外显子的组成等许多结构特征方面都有可以提取的信息内涵，甚至在调控序列的组成上也有许多相似之处。这种演化的保守性为基因组的注释提供了广阔的空间，它不仅深化了基因组解读的内容，也为基因组的解读提供了一条捷径。

许多不同的物种间都具有同源性。现代分子生物学中的同源性描述的是基因与基因之间相似关系，它表明的是两个相比较的序列之间的匹配程度。在生物信息学中，同源主要是指序列上的同源，用来表示两个或多个蛋白质或DNA序列具有相同的祖先。同源关系的强弱可以有助于了解物种间的亲缘关系，是重构系统发生树的有力手段。而且，同源的序列一般也有相似的功能。

蛋白质和DNA的同源性常常通过它们序列的相似性来判定，相似性一般用检测序列和目标序列之间序列一致性来表示。相似性是指序列比对过程中用来描述检测序列和目标序列之间相同DNA碱基或氨基酸残基顺序所占比例的高低。一般来说，当相似程度高于50%时，常推测检测序列和目标序列可能是同源序列；当相似性程度低于20%时，就难以确定其是否具有同源性。如果两条基因序列相似性达80%时，就可以把它们称为同源基因。