Homolog kromozomlar, biri anneden diğeri babadan gelen ve şekil ile büyüklük açısından aynı karakterlere tesir eden kromozomlardır. Gen dizilişi genelde farklı olabilse de benzer de olabilir. Mayoz bölünme sırasında tetrat, sinaps ve crossing-over olayları homolog kromozomlar arasında gerçekleşir. Sinaps, mayoz bölünme sırasında homolog kromozomların birbirlerine sarılması olayına denir. Tetrat, sinaps ile birbirine sarılmış dört kromatit, iki homolog kromozomdan oluşan bir yapıdır. Crossing-over ise homolog kromozomların sinaps görünen yerinde gerçekleşen gen değişimidir ve genetik çeşitliliğin temelini oluşturur. Her mayozda bir tetrat oluşur.

Homolog rekombinasyon (umumi rekombinasyon olarak da bilinir), benzer ya da aynı sıralara sahip olan DNA iplikleri arasında nükleotit dizilerinin birbiri ile yer değiştirdiği bir genetik rekombinasyon tipidir. Bu süreçte DNA birkaç defa kesilir ve ardından birleştirilir. Homolog rekombinasyon, DNA'daki çift iplikli kırılmaların hatasız tamir edilmesini sağladığı gibi, mayoz esnasında crossing-over yolu ile yeni DNA dizisi bileşenlerinin oluşumunu da sağlar. DNA'da yeni meydana gelen bileşenler genetik çeşitlilik yaratır. Genetik varyasyonlar, yeni ve potansiyel olarak faydalı olabilecek alel kombinasyonlarıdır. Bu kombinasyonların üreyen canlı toplulukları içerisinde oluşması, bu değişiklikleri taşıyan bireyin evrimsel adaptasyon göstermesini sağlar.

Homolog rekombinasyon, DNA onarımında önemli bir rol oynar. Bu süreç, biri mitoz sırasında DNA tamirinde, diğeri mayoz sırasında görülür. Bu iki sürecin ilk adımları aynıdır: çift iplikli bir kırık oluştuktan sonra, kırığın çevresindeki DNA'nın 5' ucundan bir bölüm kesilip atılır. Bunu izleyen işgal adımında, hasara uğramış kromozomun çıkıntı yapan 3' ucu, hasarsız olan homolog kromozomu "işgal" eder. İşgalin ardından iki kromozom arasında Holliday bağlantısı oluşur. DNA tamir yol ağında, ikinci bir Holliday bağlantısı meydana gelir. Bu iki bağlantının nasıl ayrıldığına bağlı olarak, mayotik versiyonda kromozom crossing-overi olur veya olmaz.

Homolog rekombinasyonun canlıların üç üst aleminde korunmuş olması, onun esaslı bir biyolojik mekanizma olduğunu düşündürür. Protistalarda homolog rekombinasyon genlerinin bulunması, mayozun gelişim tarihinde erken ökaryot kökenli olduğunu gösterir. Bu genlerin bozulmasıyla birkaç tür kanser arasında ilişki bulunduğundan, homolog rekombinasyon proteinleri aktif bir araştırma konusudur. Homolog rekombinasyon, ayrıca moleküler biyoloji içinde kullanılan bir tekniktir ve hedef organizmalar için genetik farklılıklar yaratmak amacıyla kullanılmaktadır. Homolog rekombinasyon tekniği kullanan gen hedefleme yöntemleri, 2007 yılında Nobel Fizyoloji veya Tıp Ödülü'nün konusu olmuştur.