Η πλειοτροπία είναι μια κατάσταση κατά την οποία ένα μεμονωμένο γονίδιο επηρεάζει περισσότερα από ένα φαινοτυπικά γνωρίσματα σε έναν οργανισμό. Φαινοτυπικό χαρακτηριστικό είναι οποιοδήποτε παρατηρήσιμο χαρακτηριστικό, σε αντίθεση με ένα γονοτυπικό χαρακτηριστικό, το οποίο εμπλέκεται στη γενετική σύνθεση ενός οργανισμού. Η λέξη πλειοτροπία έχει ελληνική προέλευση. Προέρχεται από τις λέξεις pleion, που σημαίνει «περισσότερο» και trepein, που σημαίνει «γυρίζω» ή «προσηλυτίζω». Εάν ένα ζώο είχε ένα γονίδιο που επηρέαζε τόσο το μήκος όσο και το χρώμα της γούνας του, αυτό το γονίδιο θα θεωρούνταν πλειοτροπικό. Οι άνθρωποι συνήθως λένε πλειοτροφικό αντί για πλειοτροπικό, αλλά αυτό είναι λάθος. Το πλειοτροπικό είναι ο σωστός όρος για να περιγράψει ένα γονίδιο που επηρεάζει πολλαπλά χαρακτηριστικά.
Τα γονίδια περιέχουν τις γενετικές πληροφορίες που απαιτούνται για την παραγωγή αμινοξέων, τα οποία είναι τα δομικά στοιχεία των πρωτεϊνών. Οι πρωτεΐνες έχουν μυριάδες σκοπούς σε όλα σχεδόν τα έμβια όντα. χρησιμεύουν για τη ρύθμιση, τη διευκόλυνση ή την άμεση πρόκληση αμέτρητων διαφορετικών διεργασιών και αντιδράσεων στους περισσότερους οργανισμούς. Ορισμένα αμινοξέα ή πρωτεΐνες έχουν πολλές διαφορετικές επιδράσεις στο σώμα, επομένως το γονίδιο που κωδικοποιεί τέτοια αμινοξέα και πρωτεΐνες θεωρείται πλειοτροπικό. Στις περισσότερες περιπτώσεις, ο υποκείμενος μηχανισμός της πλειοτροπίας λέγεται ότι είναι ένα γονίδιο που επηρεάζει την παραγωγή μιας ουσίας που επηρεάζει πολλά διαφορετικά μέρη ενός οργανισμού. Αυτή είναι μια σημαντική έννοια στην εξελικτική βιολογία, στην οποία η ιστορία και η προέλευση των διαφορετικών χαρακτηριστικών θεωρείται πολύ σημαντική.
Η πλειοτροπία μπορεί, κατά καιρούς, να προκαλέσει βλάβη σε έναν οργανισμό. Αυτό συμβαίνει όταν ένα ελάττωμα σε ένα μόνο γονίδιο προκαλεί αρνητικά αποτελέσματα που σχετίζονται με πολλά διαφορετικά χαρακτηριστικά ενός οργανισμού. Ένα παράδειγμα αυτού είναι η ασθένεια PKU, ή φαινυλκετονουρία, η οποία εμφανίζεται στους ανθρώπους. Προκαλεί τόσο νοητική υστέρηση όσο και μείωση της μελάγχρωσης των μαλλιών και του δέρματος. Η ασθένεια προκαλείται από μια γενετική μετάλλαξη και επηρεάζει πολλαπλά χαρακτηριστικά, επομένως αποτελεί παράδειγμα πλειοτροπίας.
Ορισμένες θεωρίες της γήρανσης του ανθρώπου στηρίζονται σε μεγάλο βαθμό στην ανταγωνιστική πλειοτροπία, μια κατάσταση κατά την οποία ένα γονίδιο κωδικοποιεί πολλαπλά χαρακτηριστικά που έχουν διαφορετικά και ανταγωνιστικά αποτελέσματα. Ορισμένα χαρακτηριστικά, όπως η παραγωγή τεστοστερόνης, βοηθούν στην αύξηση της γενικής φυσικής κατάστασης νωρίς στη ζωή, αλλά αργότερα στη ζωή μπορούν να οδηγήσουν σε ευαισθησία σε καρκίνους και άλλες ασθένειες. Το γονίδιο p53 παρουσιάζει ένα καλό παράδειγμα ανταγωνιστικής πλειοτροπίας. Ενώ καταστέλλει τον καρκίνο, καταστέλλει επίσης τα βλαστοκύτταρα που αναπληρώνουν τους παλιούς ιστούς. Μελέτες που επικεντρώθηκαν σε διάφορα βακτήρια έχουν δείξει ότι η ανταγωνιστική πλειοτροπία μπορεί να βασίζεται σε μεγάλο βαθμό στο περιβάλλον και στους διάφορους πόρους που διαθέτει ο οργανισμός.