互補的核苷酸序列通過Walson-Crick堿基配對形成穩定的雜合雙鏈分子DNA分子的過程稱為雜交。雜交過程是高度特異性的,可以根據所使用的探針已知序列進行特異性的靶序列檢測。
雜交的雙方是所使用探針和要檢測的核酸。該檢測對象可以是克隆化的基因組DNA,也可以是細胞總DNA或總RNA。根據使用的方法被檢測的核酸可以是提純的，也可以在細胞內雜交, 即細胞原位雜交。探針必須經過標記，以便示蹤和檢測。使用最普遍的探針標記物是同位素, 但由于同位素的安全性，近年來發展了許多非同位素標記探針的方法。
核酸分子雜交具有很高的靈敏度和高度的特異性,因而該技術在分子生物學領域中已廣泛地使用于克隆基因的篩選、酶切圖譜的制作、基因組中特定基因序列的定性、定量檢測和疾病的診斷等方面。因而它不僅在分子生物學領域中具有廣泛地應用,而且在臨床診斷上的應用也日趨增多。