在分子生物学和遗传学领域，基因组是指生物体所有遗传物质的总和。这些遗传物质包括DNA或RNA（病毒RNA）。基因组包括编码DNA和非编码DNA、线粒体DNA和叶绿体DNA。研究基因组的科学称为基因组学。2023年，英国生物银行发布了迄今世界上最大的全基因组测序数据库，有望为全球的诊断、治疗和治愈带来变革。

基因组DNA包括编码DNA和非编码DNA、线粒体DNA和叶绿体DNA。

基因组这个术语由德国汉堡大学植物学教授Hans Winkler于1920年创建。

研究基因组的科学称为基因组学。

病毒基因组

病毒基因组可以由RNA或DNA组成。 RNA病毒的基因组包含单链或双链RNA，也包含一种或多种单独的RNA分子。 DNA病毒基因组可以是单链或双链DNA。大多数DNA病毒基因组由单个线性DNA分子组成，但有些由DNA病毒基因组由环状DNA分子组成 。

原核基因组

原核生物和真核生物基因组由DNA组成。古细菌有一个环状染色体组成的DNA基因组 。大多数细菌也有一个环状染色体，然而，一些细菌物种含有线性染色体 或多个染色体。大多数原核生物基因组中不含有重复DNA 。一些共生细菌基因组种含有高比例的假基因，例如Serratia symbiotica基因组种只有约40%的DNA编码蛋白质 。 一些细菌基因组还含有辅助遗传物质，它们在质粒中存在。为此，基因组这个词不应该用作染色体的同义词。

真核基因组

真核基因组由一条或多条线性DNA染色体组成。组成真核生物基因组的染色体的数量差异很大，杰克跳线蚂蚁和无性线虫的基因组每个只有一对染色体 ，而蕨类物种有720对染色体 。人类细胞具有22对常染色体和1对性染色体。

除了细胞核中的染色体外，真核生物的细胞器如叶绿体和线粒体都有自己的DNA和染色体，因此，也有“线粒体基因组”和“质体基因组”的说法。与它们来源的细菌一样，线粒体和叶绿体都含有环状染色体。

与原核生物不同，真核生物具有蛋白质编码基因的外显子 -内含子组织和一定数量的重复DNA。哺乳动物和植物基因组的大多数由重复DNA组成 。

编码序列

携带合成蛋白质遗传信息的DNA序列是编码序列。不同物种中编码序列占基因组的比例差异很大。较大的基因组不一定含有更多的基因，并且复杂真核生物中非重复DNA的比例随着基因组大小的增加而减少 。简单的真核生物如秀丽隐杆线虫和果蝇中，编码DNA比例高于重复DNA ，而更复杂真核生物基因组则往往主要由重复DNA组成。一些植物和两栖动物基因组中重复DNA的比例超过80% 。同样，人类基因组中只有2%编码DNA。

非编码序列

非编码序列包括内含子，非编码RNA的序列，调控DNA和重复DNA。人类基因组的98%属于非编码序列。基因组的重复DNA有串联重复序列和分散重复序列 。

转座子

转座子（TEs）是具有特定结构的DNA序列，它们可以在基因组中跳动，位置不固定 。I类TE通过复制和粘贴机制跳动位置，II类TE从基因组中切除并插入新位置。

TE的运动是真核生物基因组进化的驱动力，因为它们的插入可以破坏基因功能，TE之间的同源重组可以导致基因的复制，TE还可以将外显子和调节序列改组到新的位置 。

反转录转座子

反转录转座子可以转录成RNA，然后在另一个位点被复制到基因组中 。反转录转座子可分为长末端重复序列（LTR）和非长终端重复序列（非LTR）两大类反转录转座子 。

基因组大小与原核生物和低等真核生物的形态复杂性呈正相关 。然而，在软体动物和上述所有其它高等真核生物之后，这种相关性已不再存在 ，主要是因为重复DNA的缘故。

复制在基因组的塑造过程中起了重要作用。复制的范围包括短串联重复序列的延伸、基因簇的复制、整个染色体甚至整个基因组的复制。这种复制可能是创造遗传新性状的基础。