Cromozomii omologi sunt perechile de cromozomi dintr-un organism diploid. Aceștia sunt cromozomii care se împerechează în timpul meiozei.
Cu excepția cromozomilor sexuali, fiecare pereche de cromozomi are loci genetici în aceleași poziții pe fiecare cromozom, iar centromerul în aceeași poziție. Ele nu sunt identice din punct de vedere genetic, deoarece, de obicei, vor avea alele (versiuni diferite ale unei gene) la unii dintre loci.
Cel mai important fapt este că cromozomii omologi se împerechează fizic pentru meioză, diviziunea celulară care produce gameții. În timpul acestei împerecheri, are loc un crossing over între cromatidele fiecărei perechi. Acest schimb de alele înseamnă că descendenții nu sunt identici între ei sau cu oricare dintre părinți. Cu alte cuvinte, procesul crește variația genetică în cadrul populației.
Cromozomii sexuali se împerechează numai de-a lungul acelor părți în care există material genetic similar (loci) pe ambii membri ai perechii.

