Цей метод дозволяє аналізувати фрагменти ДНК, знаходити і ізолювати окремі гени та їх сегменти і визначати в них послідовність нуклеотидів. Його успішно використовують для ідентифікації генних мутацій, а також для вивчення геному людини. Він почав широко застосовуватись із 70–80 років минулого століття в зв’язку з розвитком молекулярної генетики.
Початковим етапом молекулярно-генетичного аналізу є одержання достатньої кількості зразків ДНК за допомогою клонування. Для цього використовують геномну ДНК – всю ДНК клітини або окремі її фрагменти.
Виявлення, вирізання та деспіралізація фрагментів ДНК здійснюється за допомогою особливих ферментів рестриктаз. Різні рестриктази розпізнають тільки відповідні послідовності нуклеотидів та розрізають ДНК у відповідних місцях. Виокремлені фрагменти ДНК за допомогою спеціальних ферментів полімераз копіюють в необхідній кількості, а потім аналізують за допомогою спеціальних біохімічних методів.
В 90-х роках минулого століття за допомогою молекулярно-генетичних методик були ідентифіковані гени, відповідальні за такі тяжкі спадкові хвороби нервової системи людини як хорея Гентинґтона, міотонічна дистрофія, синдром ломкої Х–хромосоми та інші.
Наприклад, ген хореї Гентинґтона локалізований в короткому плечі 4-ої хромосоми. Він має ділянку, де нуклеотидна послідовність представлена багаторазовим повторенням трьох основ ЦАГ (цитозин–аденін–гуанін). У нормі кількість таких повторів коливається від 11 до 34, а у хворих, внаслідок мутації гена, їх 37–86. Хвороба успадковується за аутосомно-домінантним типом і ознака проявляється в усіх носіїв гена.