同源重組是一種生物學過程，指在兩個含有相似或同源序列的DNA分子之間發生的重新排列，導致遺傳物質的交換。
這個過程需要一系列蛋白質的催化，如在原核生物中需要的RecA、RecBCD、RecF、RecO、RecR等，以及在真核生物中需要的Rad51、Mre11-Rad50等。同源重組可以發生在非姐妹染色單體之間，或在同一染色體上的DNA分子之間，有助於維持基因組的穩定性，促進遺傳多樣性，在減數分裂過程中，同源重組還涉及染色體的互換。
此外，在分子生物學技術中，同源重組也被套用於將外源性目的基因定位導入受體細胞的染色體上，以修復缺陷基因。