直系同源基因（orthologous gene）又译为“垂直同源基因”、“正同源基因” 或“定向进化同源基因”，是指从同一祖先垂直进化而来的基因。或者说，一个祖先物种分化产生两种新物种，那么这两种新物种共同具有的由这个祖先物种继承下来的基因就称为直系同源基因。
有的DNA同源性高达80%，也不被认为是同一基因，有的同源性65%以上即可认为是同一基因。DNA是否被认为是同一基因，主要与其编码的蛋白质有关，一般情况下，真核生物中外显子的同源序列含量较为一致，而内含子存在较大的差异，但内含子对基因的影响不大，若DNA外显子的差异仅一个核苷酸，就会导致基因突变，转为另一个基因，若发生在内含子，而外显子序列不受影响，其仍为一个基因
