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  DNA測序可用於確定任何生物的單個基因的序列,較大的遺傳區域(即基因簇或操縱子的簇),完整的染色體或整個基因組。 DNA測序也是對RNA或蛋白質進行測序的最有效方法(通過對開放閱讀框測序)。目前,DNA測序已成為生物學和其他科學領域(如醫學,法醫學或人類學等)的關鍵技術。

  在分子生物學中,DNA測序可被用於研究基因組及其編碼的蛋白質。利用測序獲得的資訊,科研人員能夠識別基因的變化,基因與疾病和表型的關聯,並確定潛在的藥物靶點。

  由於DNA是攜帶有遺傳資訊的大分子,在演化生物學中,DNA測序被用於研究不同生物體之間的相關性以及它們是如何演化的。

  巨集基因組學是一門直接取得環境中所有遺傳物質的研究。環境包括但不限於水體,汙水,汙垢,從空氣中過濾出的碎片或者從生物體採集的樣本。瞭解在特定環境中存在哪些生物體對於生態學,流行病學,微生物學和其他領域的研究至關重要。DNA測序使研究人員能夠確定微生物群中可能存在哪些型別的微生物。

  醫療人員可通過對患者基因(基因組)的測序結果確定該患者是否有攜帶遺傳性疾病的風險。需要注意的是,該方法屬於基因檢測,有些基因檢測不會用到DNA測序技術。

  DNA測序可以與DNA圖譜鑑定(基因指紋分析,英語:DNA profiling)一起用於法醫鑑定和親子鑑定。 DNA測試在過去的幾十年中發展迅猛,目前已能夠做到將DNA鑑定結果與被調查物件聯絡起來。指紋,唾液,毛囊等中的DNA特徵可以將不同的生物體進行區分。測試DNA是一種可以檢測DNA鏈中特定基因組並生成唯一的個性化DNA模型的技術。每一種有機體都有其DNA特徵,並可以通過DNA測試來確定。兩個人具有完全相同的DNA特徵是非常罕見的,因此保證了DNA測試的成功。

  

  脫氧核糖核酸(DNA)最早在1869年由Friedrich Miescher發現並分離出來,但由於當時普遍認為遺傳資訊儲存於蛋白質而不是DNA中,因此在過去幾十年中DNA一直沒有得到充分研究。1944年,由於Oswald Avery,Colin MacLeod和Maclyn McCarty的一些實驗表明,純化的DNA可以將一種細菌變成另一種細菌,這種情況才發生了變化。這也是首次DNA顯示出改變細胞特性的能力。  1953年,James Watson和Francis Crick根據Rosalind Franklin研究的結晶X射線結構提出了他們的雙螺旋DNA模型。根據該模型,DNA由彼此纏繞的兩條核苷酸鏈組成,通過氫鍵連線在一起並以相反方向執行。每條鏈由四個互補的核苷酸組成:腺嘌呤(A),胞嘧啶(C),鳥嘌呤(G)和胸腺嘧啶(T),其中A與T配對,C與G配對。他們提出的這種結構,使得每條單鏈都可被用於重建另一條鏈,並且讓遺傳資訊代代相傳。  對蛋白質進行測序的基礎首先由弗雷德裡克·桑格(Frederick Sanger)的工作奠定,他於1955年完成了胰島素(胰腺分泌的一種蛋白質)中所有氨基酸序列的測序工作。這是首個確鑿的證據證明蛋白質是具有特定分子模式的化學實體,而不是懸浮在流體中的隨機混合物。桑格在胰島素測序方面的成功使得X射線晶體學家大為振奮,包括沃森和克里克,他們現在正試圖理解DNA如何指導細胞內蛋白質的形成。在1954年10月弗雷德裡克·桑格出席一系列講座後不久,克里克開始發展一種理論,認為DNA中核苷酸的排列決定了蛋白質中氨基酸的序列,從而幫助確定蛋白質的功能。他於1958年發表了這一理論。

  RNA測序是最早的核苷酸測序形式之一。 RNA測序的主要標誌是1972年和1976年Walter Fiers及其同事在根特大學(根特,比利時)確定並發表的第一個完整基因序列和噬菌體MS2的完整基因組。傳統的RNA測序方法需要建立一個用於測序的互補cDNA(Complementary DNA)分子。

  第一個完整的DNA基因組測序是在1977年噬菌體φX174的測序工作。醫學研究委員會的科學家在1984年破譯了Epstein-Barr病毒的完整DNA序列,發現它含有172,282個核苷酸。 該序列的完成標誌著DNA測序的一個重要轉折點,它在沒有病毒基因譜知識的情況下實現了DNA測序。  20世紀80年代初,Pohl及其同事開發了一種在電泳時將測序反應混合物的DNA分子轉移到固定基質上的非放射性方法。隨後GATC Biotech公司的DNA測序儀“Direct-Blotting-Electrophoresis-System GATC 1500”商業化,該測序儀在EU基因組測序程式的框架以及酵母釀酒酵母染色體II的完整DNA序列中廣泛使用。加利福尼亞理工學院的Leroy E. Hood實驗室於1986年宣佈了第一臺半自動DNA測序機。隨後,Applied Biosystems在1987年推出了第一臺全自動測序儀ABI 370。以及Dupont公司的Genesis 2000,該儀器使用了一種新的熒游標記技術,可在單一泳道中識別所有四個雙脫氧核苷酸。到1990年,美國國立衛生研究院(NIH)已開始對支原體,大腸桿菌,秀麗隱杆線蟲和釀酒酵母進行大規模測序實驗,費用為每個鹼基0.75美元。同時,人類cDNA序列的測序始於Craig Venter的實驗室,試圖獲取人類基因組的編碼部分。 1995年,Venter,Hamilton Smith及其基因組研究所(TIGR)的同事發表了第一個完整的自由生物體細菌流感嗜血桿菌(Haemophilus influenzae)的基因組。該環形染色體中含有1,830,137個鹼基,其在《科學》雜誌中的發表標誌著全基因組鳥槍法測序的首次公開使用,擺脫了初始繪製工作的需要。

  

  馬克薩姆-吉爾伯特測序(英語:Maxam-Gilbert sequencing)是一項由阿倫·馬克薩姆與沃爾特·吉爾伯特於1976～1977年間開發的DNA測序方法。此項方法基於:對核鹼基特異性地進行區域性化學改性,接下來在改性核苷酸毗鄰的位點處DNA骨架發生斷裂 。

  Sanger(桑格)雙脫氧鏈終止法是弗雷德裡克·桑格(Frederick Sanger)於1975年發明的。測序過程需要先做一個聚合酶連鎖反應(PCR)。PCR過程中,雙脫氧核苷酸可能隨機地被加入到正在合成中的DNA片段裡。由於雙脫氧核糖核苷酸又少了一個氧原子,一旦它被加入到DNA鏈上,這個DNA鏈就不能繼續增加長度。最終的結果是獲得所有可能獲得的、不同長度的DNA片段。目前最普遍最先進的方法,是將雙脫氧核糖核苷酸進行不同熒游標記。將PCR反應獲得的總DNA通過毛細管電泳分離,跑到最末端的DNA就可以在鐳射的作用下發出熒光。由於ddATP, ddGTP, ddCTP, ddTTP(4種雙脫氧核糖核苷酸)熒游標記不同,計算機可以自動根據顏色判斷該位置上鹼基究竟是A,T,G,C中的哪一個。

  

  霰彈槍定序法(Shotgun sequencing,又稱鳥槍法)是一種廣泛使用的為長DNA測序的方法,比傳統的定序法快速,但精確度較差。曾經使用於塞雷拉基因組(Celera Genomics)公司所主持的人類基因組計劃。

  隨著人們對低成本測序的需求與日俱增,推動了高通量測序(或稱為二代測序、新一代測序、下一代測序)的發展,這些技術對測序過程多路複用,同時產生上千或上百萬條序列。高通量測序技術的目的是降低DNA測序的成本,這個成本比同樣可實現測序的染料終止法來得低得多。超高通量測序過程中可同時執行高達500,000次的邊合成邊測序。

  454測序法由454生物科學發明,是一個類似焦磷酸測序法的新方法。2003年向GenBank提交了一個腺病毒全序列,使得他們的技術成為Sanger測序法後第一個被用來測生物基因組全序列的新方法。454使用類似於焦磷酸測序的方法,有著相當高的讀取速度,大約為5小時可以測兩千萬鹼基對。

  

  高通量測序能一次對幾十到幾百萬DNA分子進行序列測定。
DNA測序(,或譯DNA定序)是指分析特定DNA片段的鹼基序列,也就是腺嘌呤(A)、胸腺嘧啶(T)、胞嘧啶(C)與鳥嘌呤(G)的排列方式。快速的DNA測序方法的出現極大地推動了生物學和醫學的研究和發現。