Pierwsze geny, których sekwencję poznano, to geny peptydów he­moglobiny. Mutacji tych genów użyto najwcześniej w bezpośredniej diagnostyce DNA. Przykładowo, w anemii sierpowatej zmiana jednego nukleotydu w sekwecji aglobiny powoduje zmianę aminokwasu glutaminu na walinę, co wywołuje poważne zaburzenia w pracy hemoglobi­ny. Ta zamiana nukleotydowa jest łatwo rozpoznawalna za pomocą bezpośrednich badań sekwencji DNA.

Bezpośrednie badania sekwencji DNA mają na celu zbadanie, czy u pacjenta występuje mutacja danego genu lub inna zmiana DNA za­kłócająca jego działanie. W wielu chorobach monogenowych dokładne zmiany w sekwencji DNA są już znane i właśnie te zmiany ujawniają się podczas testów genetycznych. Niekiedy jedna mutacja powoduje większość przypadków danej choroby i wtedy łatwo postawić diagno­zę molekularną. Jest tak w anemii sierpowatej oraz achodroplazji, gdzie zmiana jednego kodonu odpowiada za ponad 98% przypadków tych chorób. Niestety w większości pozostałych chorób genetycznych mu­tacje są zróżnicowane i analiza DNA czasami przysparza kłopotów. Dzieje się tak, na przykład, w wypadku krwawiączki lub choroby von Recklinghausena (nerwiakowłókniakowatości), w której większość chorych ma tak zwane ?prywatne” mutacje – występują one tylko w ich rodzinie. Wtedy bezpośrednia analiza DNA jest możliwa, lecz jest ona o wiele bardziej skomplikowana i wymaga interpretacji lekarza genetyka. Bywają też sytuacje, gdy analiza mutacji DNA jest niemożli­wa; wtedy stosuje się pośrednią analizę genetyczną, czyli badanie dzie­dziczenia choroby.