同卵双胞胎在开始时拥有相同的基因，因为他们形成于同一只受精卵，只不過这只受精卵分裂成了两个胚胎。但是从这一刻起，他们的DNA开始分化。DNA复制机制会在每一代每1亿对碱基中产生大约1个新的变异。人类基因组中有大约30亿个碱基对，因此每个人会在胚胎发育的足够早期阶段出现10～100个新变异，它们会出现在人体的大多数细胞中。一般的DNA检测通常探查不到这些变异，原因是这些检测的对象只是DNA的一小段，每个人在这个区域的可变性都很强。但如果对整个基因组测序，上述10～100个新变异就会显示出来。在法国最近的一桩多重强奸案中，犯罪嫌疑人是一对男性双胞胎。此案的破解，就是通过对整个基因组测序。
人体DNA也会因为像甲基化这样的表观遗传机制而被修改。基于饮食及其他生活方式差异，这会改变DNA的化学结构，影响特定基因的活跃方式。因此，生活方式不同的同卵双胞胎也可能出现这样的基因差异。
