Kromosomit, jotka sisältävät geneettistä tietoa monien eri organismien soluissa, voivat muuttua mutaatioiden kautta eri prosessien kautta, usein mutatoituneen organismin vahingoksi. Kromosomimutaatio tapahtuu kromosomitasolla, mikä tarkoittaa, että koko kromosomin rakenneyksikkö muuttuu jollakin tavalla. Kromosomimutaation katsotaan usein olevan erilainen kuin geenimutaatio, jossa mutaatio muuttaa vain yhden geenin kromosomissa. Kromosomimutaatioita esiintyy laajemmassa mittakaavassa, joka vaikuttaa merkittävään osaan koko kromosomia, joten yksi mutaatio voi vaikuttaa moniin geeneihin.
Kromosomimutaatio luokitellaan yleensä kromosomiin tai kromosomeihin tehtyjen rakenteellisten muutosten perusteella. Yksi mutaatiotyypeistä on esimerkiksi fuusio; se tapahtuu, kun kaksi eri kromosomia tai kromosomisegmenttiä sulautuvat yhteen yhdeksi. Tutkijat todella uskovat, että ihmisen toinen kromosomi on fuusio kahdesta kromosomista, joita esivanhemmat hallitsivat. Toista kromosomimutaatiotyyppiä kutsutaan inversioksi ja se tapahtuu, kun kromosomiosa käännetään. Inversiot eivät usein aiheuta näkyviä mutaatioita organismille, koska kaikki geneettinen tieto on yleensä ehjää ja muuttumatonta – vaikka näin ei aina ole.
Kun kromosomimutaatio muuttaa tietyn geenin kopioiden määrää organismin genomissa, se aiheuttaa paljon todennäköisemmin jonkin havaittavan tai merkittävän vaikutuksen organismiin. Tämän muodon yleisiä mutaatioita ovat insertiot, jotka lisäävät uuden segmentin kromosomiin, ja deleetiot, jotka poistavat segmentin kromosomista. Molemmat tämän tyyppiset kromosomimutaatiot johtavat muutokseen läsnä olevan geenin tai geenien kopioissa. Geenin yliekspressio tai aliekspressio, joista jompikumpi voi johtua tällaisista mutaatioista, voi molemmat aiheuttaa rajuja vaikutuksia geenien ilmentymiseen organismissa. Esimerkiksi hedelmäkärpäsen Drosophila melanogasterin valkoisessa mutaatiossa silmän pigmenttiä koodaavan geenin riittämätön ekspressointi johtaa kärpäseihin, joilla on valkoiset silmät.
Tutkijoilla on monia erilaisia tapoja tunnistaa tietty kromosomimutaatio tai geenimutaatio. Organismit, joilla on erilaisia geneettisiä piirteitä, voidaan risteyttää eri yhdistelmissä yleisen ”kartan” kehittämiseksi, joka viittaa tietyn mutaation sijaintiin. Tutkijat voivat myös sekvensoida osia organismin genomista. Sekvensointi antaa tutkijoille yksityiskohtaisen kuvan organismin geneettisistä tiedoista ja sen sijainnista kromosomissa.