表观遗传的机制主要包括DNA共价修饰、蛋白质共价修饰、染色质重塑以及非编码RNA调控四个方面。在DNA共价修饰中，最主要的就是DNA甲基化。
在DNA碱基上增加甲基基团的化学修饰称为DNA甲基化（DNA methylation）。DNA甲基化在除酵母以外的所有真核生物中普遍存在，多发生于胞嘧啶的第5位碳原子上，形成5′-甲基胞嘧啶（5mC）。在哺乳动物中，5mC大多发生于CpG二核苷酸中，而CpG常常在基因5′-端的调控区成簇串联排列，构成CpG岛，大小为300〜3 000 bp。
DNA甲基化与基因沉默有关，并在X染色体失活、基因组印记等事件中起重要作用。能够结合甲基化的CpG二核苷酸的蛋白质称作甲基化CpG结合蛋白，它们能够将抑制因子募集到发生甲基化的启动子区域，从而引起基因转录的沉默。某些转录因子只与CpG未甲基化的DNA序列结合，这时CpG若发生甲基化就可以阻止这些转录因子结合,从而影响转录。
DNA甲基转移酶（DNMT）是DNA甲基化的“效应器”，目前已发现的DNMT包括DNMT1、DNMT2、DNMT3a、DNMT3b、DNMT3L等。甲基化反应分为从头甲基化和维持甲基化。维持甲基化与DNA复制偶联，甲基化的双链DNA复制产生的子代双链中，只有亲代的DNA链是甲基化的，DNMT1能够识别这种新合成的双链中亲代单链上的甲基化位点，并将子链相应位置的胞嘧啶进行甲基化。DNA甲基化在哺乳动物的发育过程中起到多种作用。基因组保持正常的甲基化模式，对胚胎发育至关重要。在发育过程中，组织特异性基因表达模式的建立和维持离不开DNA 甲基化，同时DNA甲基化的缺失会导致染色体数目不稳定，增大染色体丢失的频率。
虽然DNA甲基化模式可以在细胞间传递，但它不是永久的。个体的一生中都发生着DNA甲基化模式的改变。一些变化可能是环境改变的生理反应，另外一些变化可能与细胞的恶性转化或老化等过程有关。
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