Les chromosomes homologues ont en commun les mêmes gènes, l'ordre des gènes et la même longueur approximative. L'emplacement d'un gène s'appelle ses loci. Pour chaque gène qui existe à un certain loci sur un chromosome homologue, le même gène existe aux mêmes loci sur l'autre chromosome de la paire homologue.
Un organisme hérite d'un chromosome d'une paire homologue du parent maternel et l'autre chromosome du parent paternel. Bien que les deux chromosomes possèdent les mêmes gènes et loci, ils peuvent présenter des allèles ou des versions différents de ces gènes. Par exemple, un chromosome hérité de la mère dans une plante de pois peut contenir un allèle qui code pour une gousse verte, tandis que l'allèle d'une gousse jaune peut être trouvé au même endroit sur le chromosome homologue hérité paternellement. Les différences entre les allèles d'un gène sont déterminées par des écarts dans leurs séquences d'ADN.
Un organisme diploïde possède deux copies de chaque type de chromosome, à l'exception potentielle des chromosomes sexuels, dans chacune de ses cellules. Les humains, par exemple, ont un total de 46 chromosomes dans leurs cellules. Les femmes humaines ont deux copies du chromosome sexuel appelé chromosome X, elles ont donc 23 ensembles de chromosomes homologues. Les hommes humains, cependant, possèdent un chromosome sexuel X et un chromosome sexuel Y, ils ont donc 22 ensembles de chromosomes homologues, plus deux chromosomes sexuels qui ne sont pas homologues.
