染色体上のある特定の遺伝子をターゲットとして、外来遺伝子断片と相同組み換え（homologous recombination）により、特定遺伝子の構造を改変する方法である。ES細胞とジーン・ターゲッティング法を利用して、染色体上の遺伝子に突然変異を起こして機能欠失を導入する方法で作製した変異マウスがノックアウトマウス（knockout mouse）である。標的遺伝子の機能が未知であっても、そのノックアウトマウスを作製し解析することで、「変異体から原因遺伝子の同定」というこれまでの研究方向を逆転させ、「遺伝子から変異個体の作製」というアプローチが可能となった。