在生物體的有性生殖過程中，有性生殖細胞是通過細胞分裂的一種——減數分裂形成的。在減數分裂的分裂間期，精原細胞的體積略微增大，染色體進行復制，成為初級精母細胞。復制后的每條染色體都含有兩條姐妹染色體，這兩條姐妹染色單體并列在一起，由同一個著絲點連接著。分裂期開始后不久，初級精母細胞中原來分散存在的染色體進行配對。而在減數第二次分裂過程中不存在同源染色體。
區分同源染色體與姐妹染色單體：姐妹染色單體是由一個著絲點連著的并行的兩條染色單體，是在細胞分裂的間期由同一條染色體經復制后形成的——由一條染色體復制形成的兩條子染色體不是同源染色體，因為它們盡管形狀大小相同，但它們并非一條來自父方、一條來自母方。
不僅只有減數分裂有同源染色體的存在，有絲分裂也有。所有的只要有一對染色體存在的都會存在。