Każdy organizm dziedziczy cechy po organizmie macierzystym. W przypadku rozmnażania bezpłciowego wszystkie cechy potomstwa są identyczne z cechami rodziców. Jeśli rozmnażanie zachodzi płciowo, organizm potomny dziedziczy cechy zarówno od ojca, jak i od matki. Płciowy typ rozmnażania prowadzi do zróżnicowania genetycznego organizmów wskutek rekombinacji cech rodzicielskich.

Cechy dziedziczne są przekazywane w postaci DNA. Informacja genetyczna w DNA jest zaszyfrowana za pomocą kodu genetycznego, który opiera się na określonej sekwencji nukleotydów. Kod ten jest powszechny, wszystkie organizmy kodują te same informacje w ten sam sposób. Informacja zawarta w DNA dotyczy budowy określonego białka. Fragment DNA zawierający taką konkretną informację nazywa się genem. Wszystkie geny danego organizmu to genotyp. Cechy, które są warunkowane przez te geny to fenotyp. Na fenotyp wpływają również warunki środowiskowe, dlatego czasami organizmy mogą mieć takie same zestawy genów, ale jeśli żyją w różnych środowiskach, to ich fenotypy będą różne. Można więc powiedzieć, że fenotyp jest efektem współdziałania genów i warunków środowiska.

Materiał genetyczny upakowany jest w chromosomach. Każdy osobnik posiada pewien zestaw chromosomów, stałą ich liczbę, charakterystyczną dla gatunku. Komórki ciała posiadają po jednym chromosomie każdego typu od ojca i jednym od matki - taka para chromosomów to chromosomy homologiczne, zawierają informacje o tych samych białkach, lecz nie muszą być to informacje identyczne. Geny dotyczące tego samego białka leżą w tych samych miejscach na chromosomach homologicznych. Jeśli na obu chromosomach występuje ta sama wersja genu, organizm jest homozygotą. Jeśli natomiast wersje genów się różnią, mamy do czynienia z heterozygotą. Jeden gen z pary może być względem drugiego dominujący lub recesywny. W fenotypie ujawniają się cechy determinowane przez gen dominujący.

Komórkami nie posiadającymi podwójnego zestawu chromosomów są gamety, które po zapłodnieniu odtwarzają w zygocie właściwą liczbę chromosomów. Geny decydują również o płci rozwijającej się zygoty. Odpowiedzialne są za to chromosomy płci: X i Y. U większości zwierząt zygota posiadająca zestaw XX, rozwinie się w osobnika żeńskiego. Jeśli obecny jest chromosom Y (para XY), rozwinie się osobnik męski. Na chromosomie Y znajdują się geny zawierające jedynie informacje o męskich cechach płciowych. Nie ma tu odpowiedników dla genów z chromosomu X, dlatego u mężczyzn często ujawniają się cechy recesywne (często są to choroby, np. hemofilia, daltonizm). Kobiety przeważnie są jedynie ich nosicielkami - cechy te nie ujawniają się, ponieważ są maskowane przez gen dominujący na drugim chromosomie X.

Materiał genetyczny może ulegać uszkodzeniom i spontanicznym zmianom - mutacjom. Czynnikami mutagennymi są m.in. różnego typu promieniowanie oraz niektóre związki chemiczne. Mutacje mogą obejmować pojedyncze geny lub całe chromosomy, może także ulegać zaburzeniom liczba chromosomów w komórce. Skutki mutacji mogą być neutralne lub być przyczyną poważnych chorób, jak np. hemofilia, anemia sierpowata, mukowiscydoza czy zespół Downa.

Mechanizmy dziedziczenia cech odkrył Grzegorz Mendel i opisał je w dwóch prostych prawach, które stanowią podstawę współczesnej genetyki.