1．直系同源基因
直系同源基因（orthologous gene）又譯為“垂直同源基因”、“正同源基因” 或“定向進化同源基因”，是指從同一祖先垂直進化而來的基因。或者說，一個祖先物種分化產生兩種新物種，那么這兩種新物種共同具有的由這個祖先物種繼承下來的基因就稱為直系同源基因。直系同源基因通常是編碼生命必需的酶、輔酶或關鍵性的調控蛋白的基因，具有功能保守，進化緩慢，變化速度可覆蓋整個進化歷史，且序列變化速度與進化距離相當等特征。大多數直系同源基因功能相同或相近，調控途徑也相似， 因此在基因組序列的注釋中，是最可靠的選擇，例如人α一珠蛋白基因與小鼠α一珠蛋白基因。
2．旁系同源基因
旁系同源基因（paralogous gene）又譯為“橫向同源基因”、“并系同源基因”或“平行進化同源基因”，是指由于基因復制而產生的同源基因，例如人γ一珠蛋白基因和β一珠蛋白基因。基因復制后，進化選擇壓力變小，其中一條基因丟失或發生沉默，都能促使旁系同源基因分化，產生新特性或新功能的原因。然而，雖然某些旁系同源基因轉錄區序列相似度不高，但它們的操縱子卻仍然具有較高的保守度。值得注意的是，旁系同源基因并不局限于同一物種內，不同物種中由于始祖基因的復制而分化的基因也稱旁系同源基因，如鼠α一珠蛋白和雞β一珠蛋白基因。隨著時間的推移，它們在序列組成和功能上可能會變得不同。
3．異源同源基因
異源同源基因（xenologous gene）是由于基因在不同物種間的橫向轉移（horizontal transfer）而產生的。異源同源基因在原核生物中研究比較多。最近研究表明，異源同源基因的原位取代xenolo—gous gene displacement in situ)是細菌進化的強大推動力。另外，在比較真核基因組和原核生物基因組時發現，小部分脊椎動物基因在細菌中有同源序列，而在其他真核生物中卻沒有發現同源序列。一種解釋認為，這些基因從細菌直接水平地轉移到脊椎動物的祖先，也是異源同源基因；另外一種解釋則認為，是由于其他的真核生物丟失了這些基因。