分子杂交，乃是让单链的 DNA 或者 RNA 分子，与具有互补碱基的另一个 DNA 或者 RNA 片段相结合，从而形成双链的一项技术。
也就是说，这属于核酸分子之间的杂交。相互杂交的两种核酸分子，有时并非完全相同，但必然存在一定的关联。早在 1961 年，就有人创立了 DNA 与 RNA 之间的分子杂交，然而直到 70 年代，才发展成为基因分析中一项重要的分析技术，能够鉴定基因的特异性。举例来说，可以将具有一定已知顺序的某基因的 DNA 片段，标上放射性核素，构成核酸探针。让其通过分子杂交与存在缺陷的基因相结合，产生杂交信号，从而把有缺陷的基因显示出来。凭借此方法，可以对众多遗传性疾病进行产前诊断。当下，又利用核酸分子杂交技术来诊断乙型肝炎，以及研究其他病毒性疾病和癌瘤的基因结构（癌基因）等。核酸分子杂交的方法并非复杂。在杂交之前，先把待分析的 DNA 进行加热或者加碱处理，使其变性，分解成单链；接着加入放射性核素标记的核酸探针，降低温度退火，就能获得带有放射性核素标记的双链杂交分子。
1979 年，又发展出转膜杂交，即将通过电泳分离的核酸片段，经过转移电泳转移到硝酸纤维素膜上，开展固相杂交反应，通过放射自显影来检测。这就是著名的萨瑟恩氏印迹法。毋庸置疑，分子杂交的基础在于两个核酸分子之间完全相同，或者具有一定的相似性与关联性。倘若所使用的核酸探针的片段较长（几百个核苷酸以上），能够获取非常准确的鉴定结果。但是，如果人工合成的寡核苷酸探针片段较短（例如 20 至 30 个核苷酸），那么难免会出现准确性欠佳的假阳性现象。如今，又出现了非放射性核素标记的核酸探针，比如以碱性磷酸酶标记的酶标核酸探针，以及以生物素标记的核酸探针等等，这必定有助于促进分子杂交在临床医学中的广泛应用。
在不同的 DNA 片段之间，DNA 片段与 RNA 片段之间，如果它们彼此间的核苷酸排列顺序是互补的，也能够复性，形成新的双螺旋结构。这种依照互补碱基配对，让不完全互补的两条多核苷酸相互结合的过程被称为分子杂交。
分子杂交（molecular hybridization）是用于确定单链核酸碱基序列的技术。其基本原理是，待测的单链核酸与已知序列的单链核酸（称为探针）通过碱基配对形成能够被检测出来的双螺旋片段。这种技术能够在 DNA 与 DNA、RNA 与 RNA，或者 DNA 与 RNA 之间进行，形成 DNA-DNA、RNA-RNA 或者 RNA-DNA 等不同类型的杂交分子。
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