Kromosomi, koji sadrže genetske informacije u stanicama mnogih različitih organizama, mogu postati mutirani kroz niz različitih procesa, često na štetu mutiranog organizma. Mutacija kromosoma događa se na razini kromosoma, što znači da se cijela strukturna jedinica kromosoma na neki način mijenja. Često se smatra da se mutacija kromosoma razlikuje od mutacije gena, u kojoj se samo jedan gen na kromosomu mijenja mutacijom. Mutacije kromosoma javljaju se u većoj skali koja utječe na značajan dio cijelog kromosoma, tako da na mnoge gene može utjecati jedna mutacija.
Mutacija kromosoma općenito se klasificira na temelju određene strukturne promjene učinjene na kromosomu ili kromosomima. Jedna vrsta mutacije, na primjer, je fuzija; nastaje kada se dva različita kromosoma ili segmenta kromosoma spoje u jedan. Istraživači zapravo vjeruju da je ljudski drugi kromosom spoj dvaju kromosoma koje su posjedovali predljudski preci. Druga vrsta kromosomske mutacije naziva se inverzija i događa se kada je segment kromosoma invertiran. Inverzije često ne uzrokuju nikakve vidljive mutacije u organizmu, budući da su sve genetske informacije općenito netaknute i nepromijenjene – iako to nije uvijek slučaj.
Kada kromosomska mutacija promijeni broj kopija određenog gena u genomu organizma, mnogo je vjerojatnije da će uzrokovati neki zamjetan ili značajan učinak na organizam. Uobičajene mutacije ovog oblika uključuju insercije, koje umeću novi segment u kromosom, i delecije, koje uklanjaju segment iz kromosoma. Obje ove vrste kromosomskih mutacija rezultiraju promjenom u kopijama gena ili prisutnih gena. Prekomjerna ili nedovoljna ekspresija gena, od kojih se jedno može pojaviti zbog takvih mutacija, može uzrokovati drastične učinke na ekspresiju gena unutar organizma. U bijeloj mutaciji u voćnoj mušici Drosophila melanogaster, na primjer, neuspjeh u dovoljnoj ekspresiji gena koji kodira pigmentaciju očiju rezultira mušicama s bijelim očima.
Istraživači imaju mnogo različitih načina identificiranja određene mutacije kromosoma ili mutacije gena. Organizmi s različitim genetskim osobinama mogu se križati u različitim kombinacijama kako bi se razvila opća “karta” koja sugerira mjesto dane mutacije. Istraživači također mogu sekvencirati dijelove genoma organizma. Sekvenciranje istraživačima daje detaljan prikaz genetskih informacija organizma i njegovog položaja na kromosomu.