基因甲基化是一種重要的表觀遺傳學機制，這種化學修飾過程涉及在DNA或蛋白質上添加甲基(CH3)基團，從而在不改變DNA序列的前提下，影響遺傳表現。
在DNA甲基化的情況下，甲基基團通常在DNA甲基轉移酶的作用下共價鍵結合到基因組中CpG二核苷酸的胞嘧啶5號碳位。這種修飾能引起染色質結構、DNA構象、DNA穩定性及DNA與蛋白質相互作用方式的改變，進而調控基因表達。DNA甲基化是真核細胞的主要表觀遺傳修飾方式，與哺乳動物基因的表達調控密切相關。
此外，基因甲基化還涉及到從頭甲基化和保留甲基化兩種類型。從頭甲基化是在新位點進行甲基化反應，而保留甲基化則涉及對已存在的甲基化DNA鏈進行複製時的甲基化。這些過程對細胞發育、細胞分化、以及腫瘤疾病的發生都有重要影響。