在此过程中，目的基因被导入靶细胞内，它们或与宿主细胞染色体整合成为基因组的一部分，或独立于基因组以外，但都可以在宿主细胞内表达基因产物而达到治疗作用。基因治疗的概念已经发生了较大扩展，凡是采用分子生物学技术或原理，在核酸水平上展开的对疾病的治疗都可纳入基因治疗范围。基因治疗的范围也从过去的单基因遗传病扩展到恶性肿瘤、心脑血管疾病、神经系统疾病、代谢性疾病等。

1990年，美国批准了腺苷脱氨酶（ADA）缺陷的基因治疗方案，这是人类历史上第一个基因治疗方案。4岁女孩患者由于ADA缺陷而导致T和B淋巴细胞发育受阻，发生重症联合免疫缺陷。分离患儿血细胞中的单核细胞在体外培养增殖并用携带ADA基因的逆转录病毒感染细胞，数日后将细胞输回患儿体内。在10个半月期间，患儿共接受了7次携带ADA基因的逆转录病毒感染的自体细胞输注，免疫能力增强，临床症状改善。单核细胞群中ADA含量的PCR分析表明，在血液中约有相当于正常人的20%～25%的ADA基因转染细胞。患儿基因治疗后较少发生感染，且未见由细胞输注和ADA基因转移带来的副作用。

经过近30年的努力，在基因治疗领域取得了很大的进步，但是仍然存在一些亟待解决的问题，包括：①缺乏高效、靶向性的基因转移系统。②对于多种疾病的相关基因认识有限，因而缺乏切实有效的治疗靶基因。③对真核生物基因表达调控机制理解有限，因此对治疗基因的表达还无法做到精确调控，也无法保证其安全性。④缺乏准确的疗效评价。现阶段，基因治疗临床试验中，限于伦理问题，常选择常规治疗失败或晚期肿瘤患者，尚难以客观地评价治疗效果。随着生命科学基础研究的突破，基因治疗的前景会更加光明。

可分为5个步骤。①选择治疗基因：只要明确疾病的靶基因，就可用其对应的正常基因或经改造的基因作为治疗基因。许多分泌性蛋白质如生长因子、多肽类激素、细胞因子、可溶性受体，以及非分泌性蛋白质如受体、酶、转录因子的正常基因都可作为治疗基因。②选择基因治疗载体：选定治疗基因后，需要适当的基因工程载体将治疗基因导入细胞内表达。常用载体有病毒载体和非病毒载体两大类，临床实施一般常选用病毒载体。基因治疗所用病毒载体需要改造、剔除其复制必需的基因和致病基因，消除其感染和致病能力，病毒复制和包装等功能改由包装细胞提供。包装细胞是经过特殊改造的细胞，已经转染和整合了病毒复制和包装所需要的辅助病毒基因组，可以完成病毒的复制和包装。在实际应用中，治疗用病毒载体需要先导入体外培养的包装细胞，在其中进行复制并包装成新的病毒颗粒，获得足量的重组病毒后再用于基因治疗。用作基因转移的病毒载体有逆转录病毒、腺病毒、腺相关病毒、单纯疱疹病毒等。不同类型的病毒载体在应用中各有特点，可根据实际需求加以选择。③选择基因治疗的靶细胞：基因治疗所采用的靶细胞通常是体细胞，包括病变组织细胞或正常的免疫功能细胞。人类的体细胞有200多种，尚不能对大多数体细胞进行体外培养，因此能用于基因治疗的体细胞十分有限。已经能成功用于基因治疗的靶细胞主要有淋巴细胞、造血细胞、上皮细胞、内皮细胞、肌细胞和肿瘤细胞等。④在细胞和整体水平导入治疗基因：临床基因治疗实施方案中，体内基因导入的方式有2种。一种是间接体内疗法^[注]，即先将需要接受基因的靶细胞从体内取出，在体外培养后，将携带有治疗基因的载体导入细胞内，筛选出接受了治疗基因的细胞，扩增后再回输体内，使治疗基因在体内表达相应产物。另一种是直接体内疗法^[注]，即将外源基因直接注入体内有关的组织器官，使其进入相应的细胞并进行表达。基因治疗的靶向性非常重要，既要考虑对靶细胞的治疗，又要注意对正常细胞的保护。利用细胞表面受体能特异性识别相应配体并将其内吞的机制，将外源基因与配体结合后转移至特定类型的细胞，这种受体介导的基因转移在基因治疗中有较好的发展前景。⑤治疗基因表达的检测：无论以何种方法导入基因，都需要检测这些基因是否能被正确表达。被导入基因的表达状态可以用聚合酶链反应（PCR）、RNA印迹法（Northern blot）、蛋白质印迹法（又称免疫印迹法）及酶联免疫吸附测定（ELISA）等方法去检测。对于导入基因是否整合到基因组以及整合的部位，可以用DNA印迹技术、DNA测序等进行分析。

基因治疗作为新兴高新生物技术和临床治疗方案，在很短的时间内就从实验室过渡到临床，已被批准的基因治疗方案有200种以上，包括肿瘤、艾滋病、遗传病和其他疾病等。在中国，血管内皮生长因子（VEGF）、血友病K因子、抑癌基因TP53等基因治疗的临床方案已进入市场或临床试验。单基因遗传病的基因治疗方案相对容易，例如镰刀状红细胞性贫血、α-地中海贫血、血友病等。高血压、动脉粥样硬化、糖尿病的发生是多个基因相互作用的结果，并受环境因素影响，基因治疗的效果还有待于基础研究的突破。随着恶性肿瘤相关基因的大量克隆，恶性肿瘤的基因治疗研究日趋活跃，世界各国已经批准开展进行的基因治疗方案中，70%以上是针对恶性肿瘤的。恶性肿瘤的基因治疗包括：针对癌基因表达的各种基因沉默、针对抑癌基因的基因增补、针对肿瘤免疫反应的细胞因子基因导入和针对肿瘤血管生成的基因失活等。其他的基因治疗方案包括：利用过表达血管内皮生长因子VEGF的基因促进血管生成治疗冠心病、针对病毒复制基因的基因沉默治疗艾滋病等。

将基因治疗方案用于人体必须经过严格的审批程序，需要专门机构的审批与监督。在中国，任何基因治疗方案都要经国家食品药品监督管理局审批。1999年6月颁布的《人基因治疗申报临床试验指导原则》详细规定了基因治疗所用生物制剂的研制、生产工艺、制剂的质量控制、临床实验和临床疗效评价的各个环节中应该遵守的原则。所有基因治疗的临床使用必须严格遵守这些法律法规。