A reação básica da recombinação homóloga (RH) envolve dois cromatídeos que contêm sequências de DNA que compartilham uma porção significativa de identidade. Uma destas sequências utiliza uma cadeia da outra como molde para sintetizar o DNA em uma reação catalisada por enzimas. O produto final é uma nova fusão dos dois substratos. Para garantir uma recombinação precisa das sequências, a RH é restringida às fases S e G2 do ciclo celular. Nestas fases, o DNA já foi replicado e a probabilidade de uma sequência de DNA idêntica ou semelhante em um cromatídeo irmão é alta. Assim, o momento da reparação impede a recombinação entre sequências não idênticas. Esta é uma característica crítica da RH, particularmente durante a recombinação de sequências de DNA parentais em um descendente, onde a RH defeituosa pode levar à perda de todo o gene e da região cromossómica circundante.
A reparação precisa assegurada pela RH foi aplicada em técnicas de edição genética. A RH é o método mais antigo que foi usado para editar genomas em células vivas. O sistema CRISPR-Cas9 é utilizado para criar quebras de cadeia dupla direcionadas para corrigir mutações causadoras de doenças no genoma. Os fragmentos isolados são incorporados pelas células, onde se podem recombinar com o DNA celular e substituir a região alvo do genoma. Os mecanismos de RH regem a reparação das quebras e a sua recombinação precisa com o genoma da célula. Para ajudar as proteínas de RH a localizar com precisão quebras de cadeia dupla, as proteínas Cas9 são fundidas com proteínas de RH efectoras que podem recrutar proteínas reparadoras nos locais danificados. Estudos têm demonstrado que a fusão da Cas9 com proteínas como CtIP, Rad52, e Mre11 pode aumentar os eventos de RH na célula para o dobro, enquanto desencoraja a junção de extremidades não homólogas. Tais aplicações da RH na edição do genoma podem revolucionar a terapia genética e fornecer tratamento para doenças genéticas que são hoje em dia consideradas incuráveis.
