Μια βιβλιοθήκη γονιδίων είναι ο όρος για συλλογές θραυσμάτων δεοξυριβονουκλεϊκού οξέος (DNA) που έχουν κλωνοποιηθεί τυχαία από τα γονιδιώματα των οργανισμών. Κλωνοποιούνται ως πλασμίδια που μπορούν να αναπαραχθούν χωριστά από τα χρωμοσώματα και τους φάγους τους, που είναι ένας παρασιτικός ιός που τρέφεται με βακτήρια. Όταν κλωνοποιούνται ως πλασμίδια, η συλλογή είναι από κύτταρα ξενιστές και κάθε ένα από τα κύτταρα περιέχει ένα θραύσμα DNA. Οι βιβλιοθήκες γονιδίων φάγων αποτελούνται από αυτά που ονομάζονται προϊόντα λύσης φάγου, τα οποία είναι υπολείμματα κατεστραμμένων κυττάρων με ένα θραύσμα DNA που έχει εισαχθεί. Όταν οι βιβλιοθήκες γονιδίων περιέχουν μια συλλογή από όλες τις γενετικές πληροφορίες σε έναν οργανισμό, θεωρούνται ως βιβλιοθήκη αναπαραστατικών γονιδίων.
Επιπλέον, οι βιβλιοθήκες μπορούν να χρησιμοποιούν κυτταρικό ανασυνδυασμένο νουκλεϊκό οξύ (RNA) για υλικό ελλιμενισμού και αυτή η συλλογή κυττάρων ξενιστών με τους ανασυνδυασμένους φορείς είναι γνωστή ως βιβλιοθήκη γονιδίων cRNA. Η εξέταση βιβλιοθήκης γονιδίων βρίσκει συγκεκριμένα κύτταρα που περιέχουν φορείς κλωνοποίησης με ένα συγκεκριμένο γονίδιο που αναζητείται σε μια βιβλιοθήκη γονιδίων και στη συνέχεια χρησιμοποιεί μία από τις πολλές τεχνικές απομόνωσης και συλλογής τους. Μόλις συλλεχθούν, τα κύτταρα θεωρούνται κλωνοποιημένα. Προκειμένου να έχουμε εύλογες πιθανότητες απομόνωσης και κλωνοποίησης ενός συγκεκριμένου γονιδίου, συνήθως χρησιμοποιούνται μόνο βιβλιοθήκες αναπαραστατικών γονιδίων καθώς κάθε γονίδιο και κάθε αρχικό θραύσμα DNA ενός συγκεκριμένου γονιδιώματος συλλέγονται εκεί. Για να επιτευχθεί 99% πιθανότητα εντοπισμού ενός συγκεκριμένου ανθρώπινου γονιδίου για κλωνοποίηση, περισσότερα από 600,000 κλωνοποιημένα κύτταρα θα πρέπει να ελεγχθούν για να βρεθεί το επιθυμητό γονίδιο από μια βιβλιοθήκη αναπαραστατικών γονιδίων.
Το DNA εξάγεται από έναν οργανισμό για να ξεκινήσει μια βιβλιοθήκη γονιδίων. Η βιβλιοθήκη είναι δομημένη ώστε να οργανώνει το DNA και τα χιλιάδες διαφορετικά γονίδιά του. Η βιβλιοθήκη γίνεται μια συλλογή από δεκάδες χιλιάδες αποικίες βακτηρίων, καθεμία από τις οποίες διαμορφώνεται με ένα θραύσμα DNA από τον οργανισμό που περιέχει ένα γονίδιο ιδιαίτερου ενδιαφέροντος. Οι βιβλιοθήκες περιέχουν επίσης ένζυμα περιορισμού και ένα πλασμίδιο. Τα περιοριστικά ένζυμα χρησιμοποιούνται για την ανάγνωση των πληροφοριών νουκλεοτιδίων του DNA και χρησιμοποιούνται για την κοπή του DNA σε θραύσματα διαχωρίζοντας τα νουκλεοτίδια το ένα από το άλλο.
Τα ίδια περιοριστικά ένζυμα κόβουν τα βακτηριακά πλασμίδια και τα θραύσματα και τα πλασμίδια συνδυάζονται σε δοκιμαστικό σωλήνα για να συνδυαστούν, δημιουργώντας έναν νέο συνδυασμό. Αυτά τα ανασυνδυασμένα πλασμίδια στη συνέχεια επιστρέφουν πίσω σε καλλιέργεια βακτηρίων χρησιμοποιώντας είτε θερμικό σοκ είτε ηλεκτροδιάτρηση. Αυτά τα βήματα εκτελούνται ξανά και ξανά έως ότου σχηματιστεί μια ολόκληρη βιβλιοθήκη γονιδίων για έναν συγκεκριμένο οργανισμό γονιδιώματος από όλα τα θραύσματα της αρχικής εξαγωγής DNA.