Розрізняють методи рутинного, диференціального і флюорисцентного забарвлення

При рутинному методі препарат забарвлюють азур-еозином за Романовським —Гімзою. При цьому всі хромосоми забарвлюються рівномірно по всій довжині. Рутинне забарвлення дозволяє підрахувати кількість хромосом, розподілити їх по групах і виявити грубі хромосомні аберації. Для деяких діагностичних цілей (наприклад, для виявлення кількісних аномалій хромосом) цей метод цілком достатній. Для отримання детальнішої картини структури хромосом і точної діагностики хромосомної аберації використовуються різні способи диференціального забарвлення. Вперше методику диференціального забарвлення хромосом запропонував Касперсон (1968). Сьогодні використовують чотири основні методи диференціального забарвлення: G-, R-, Q-, C- забарвлення.

Найчастіше використовують G-забарвлення. Хромосоми перед забарвленням за Романовським — Гімзою заздалегідь обробляють протеазами (трипсином), після чого вони стають смугастими. В них чергуються темні та світлі смуги. Поперечні смуги, що виявляються при диференціальному забарвленні, називаються сегментами. Припускають, що темні смуги (G-смуги) — це ділянки гетерохроматину, а світлі (R-смуги) — еухроматину. Зазвичай у гаплоїдному наборі можна налічити 200–400 сегментів на гаплоїдний набір. Підраховано, що кожний сегмент містить близько 8 млн п.н. Чергування темних і світлих смуг (сегментів) індивідуальне в кожній парі хромосом. Розроблено форму представлення стилізованого ідеального каріотипу з типовим рисунком смуг на кожній хромосомі.

R-забарвлення (від англ. reverse banding — зворотне забарвлення). Препарат перед забарвленням за Романовським — Гімзою заздалегідь нагрівають у сольовому розчині до 78–90°С. При цьому хромосоми також мають поперечну посмугованість. Рисунок смуг зберігається, але їх колір змінюється на протилежний порівняно з G-забарвленням, тобто темні смуги стають світлими і навпаки. Звідси назва методу — reverse banding (зворотне забарвлення).

Q-забарвлення (від англ. quinacrine — квінакрин, акрихін, один із флюоресцентних барвників)— історично перший метод, розроблений Касперсоном. При цьому методі хромосоми забарвлюють флюоресцентними барвниками і вивчають за допомогою люмінесцентного мікроскопа. Як барвники нині використовують акрихін, акрихін-іприт та ін. Сегменти, що яскраво світяться при Q-забарвленні, еквівалентні темно забарвленим смугам при G-забарвленні.

С-забарвлення (від англ. constitutive heterochromatin— конститутивний гетерохроматин). Препарати обробляють лугами, а потім забарвлюють за Романовським — Гімзою. При цьому добре забарвлюються центромери всіх хромосом, довге плече Y-хромосоми та інші ділянки, багаті на гетерохроматин. Слід підкреслити, що названі методи не є альтернативними.

Для детального вивчення структури хромосом можна використовувати послідовне диференційне фарбування Q→G→R→T→C, застосовуючи барвник Гімзи, оскільки зміна типів фарбування визначається ступенем руйнування хромосомної структури.

У 1971 р. на Паризькій конференції порівняно дані, одержані при різних методах диференціального забарвлення. Встановлено, що всі методи виявляють у принципі одні й ті самі структури, але кожен з них специфічний щодо певних хромосомних сегментів.

Вивчення прометафазних та профазних хромосом (диференціальне забарвлення з високою роздільною здатністю). Сьогодні розроблено методики виготовлення препаратів прометафазних та профазних хромосом, коли хромосоми ще недостатньо конденсовані. Такі хромосоми довші, ніж хромосоми на стадії метафази. При диференціальному забарвленні прометафазних і профазних хромосом можна розглянути від 550 до 850 сегментів на гаплоїдний набір. При цьому сегменти, які спостерегаються в метафазних хромосомах, можна підрозділити на субсегменти. Цей метод використовують для діагностики мікроделецій, мікродуплікацій і складних хромосомних аберацій.

Основним методом, який поєднує традиційні цитогенетичні методики з молекулярно-генетичними технологіями є метод флюоресцентної гібридизації in situ (FISH-метод). Методика містить гібридизацію in situ (тобто в препараті, на предметному склі) забарвлених флюоресцентними барвниками ДНК-зондів із метафазними або інтерфазними хромосомами.Зонд — це ділянка одноланцюжкової ДНК, комплементарна певній ділянці гена або хромосоми. Зондами можуть служити послідовності ДНК, виділені з геному, штучним чином синтезовані або клоновані за допомогою бактеріальних плазмід або іншими способами. Для FISH-методу зонди мітять біотином або дигоксигеніном, до яких потім приєднуються флюоресцентні барвники. Ділянки хромосом, де відбулася гібридизація і де знаходяться зонди, дають специфічне світіння. Нині FISH-метод використовують також для вивчення хромосом у клітинах, що не діляться, на стадії інтерфази. У клінічній генетиці метод використовують для швидкої діагностики в інтерфазних ядрах хромосомних хвороб, пов’язаних зі зміною кількості хромосом, а також для діагностики мікроделецій, мікродуплікацій і складних хромосомних перебудов, які за допомогою звичайних цитогенетичних методів виявляються рідко.

Частка методів хромосомної патології, яку можна виявити з використанням даної методики: каріотипування з рутинним забарвленням - 30%, методи диференційного забарвлення метафазних хромосом - 60%, методи дослідження прометафазних хромосом (диференціальне забарвлення з високою роздільною здатністю) - 75%, молекулярно-цитогенетичні методи (FISH-метод) - до 95–99.