La prima sistematizzazione dei cariotipo umano normale [I13] [I14] [E18] [S14] risale agli anni '60, quando le conferenze di Denver (I960), Londra (1964) e Chicago (1966), raggrupparono ¡ cromosomi umani secondo la lunghezza (grandi, medi e piccoli) e secondo la posizione del centromero (metacentrici, submetacentrici, acrocentrici) in 7 gruppi , indicati con le lettere A-G. La distinzione dei diversi cromosomi appartenenti ad un dato gruppo fu resa possibile dall'adozione delle tecniche di bandeggio, a partire dagli anni '70. Con alcuni coloranti (Quinacrina, Giemsa) compaiono infatti in ogni cromosoma bande trasversali (bande Q e bande G rispettivamente), il cui numero, larghezza e disposizione sono specifici di ogni coppia di cromosomi. Divenne così possibile identificare le anomalie, numeriche e strutturali, dei cromosomi umani come responsabili di specifiche patologie. Il bandeggio ad alta risoluzione, adottato a partire dagli anni '80, permette oggi di ottenere un migliaio di bande da cellule bloccate prima della metafase, quando i cromosomi sono ancora incompletamente condensati. Le tecniche di bandeggio rendono quindi possibile distinguere ciascun braccio di un cromosoma, la cui lunghezza è determinata dalla posizione del centromero, che è il punto dove si attaccano le fibre del fuso per muovere il cromosoma. Il centromero divide il cromosoma in braccio corto e lungo. Il braccio corto è indicato dalla lettera p (dalla parola francese petite, che significa "piccolo") ed il braccio lungo dalla lettera q (perché segue "p" nell'alfabeto). Così, per esempio, un citogenetista può riferirsi specificatamente al braccio corto del cromosoma 5 semplicemente scrivendo "5p."

Nella metafase mitotica, ognuno dei cromosomi può essere riconosciuto per la sua dimensione, per la forma e per il bandeggio. Le piastre metafasiche ben colorate sono fotografate per l'analisi citologica; successivamente ogni cromosoma è ritagliato dalla foto, accoppiato al suo omologo e ordinato dal più grande al più piccolo. L'autosoma più grande e il numero 1 ed il più piccolo è il numero 21. (Per ragioni storiche, il secondo cromosoma più piccolo è stato designato con il numero 22.) Il cromosoma X è di misura intermedia; il cromosoma Y è quasi delle stesse dimensioni del cromosoma 22. Questo insieme ordinato di cromosomi è definito cariotipo (dalla parola greca che significa "nocciolo," in riferimento al contenuto del nucleo).

Un ulteriore avanzamento tecnico è rappresentato dalle metodiche di citogenetica molecolare, la più importante delle quali è la FISH [Fluorescent In Situ Hybridization), che consiste nella ibridazione dei cromosomi con sonde di DNA ottenute da DNA ricombinante, marcate con fluorocromi diversi per ciascun cromosoma, allo scopo di localizzare sul cromosoma sequenze geniche o geni singoli. Questa tecnica è quella oggi maggiormente utilizzata, non solo per la mappatura genica, ma anche per individuare anomalie cromosomiche (duplicazioni, traslocazioni, microdelezioni, microinserzioni) troppo limitate per potere essere visualizzate con le metodiche citogenetiche classiche.