染色体以外的遗传物质所决定的遗传现象。又称非孟德尔遗传或核外遗传。

1909年，重新发现“孟德尔定律”的法国植物学家科伦斯（C.E.Correns）报道紫茉莉（Mirabilisja-lapa）不符合孟德尔定律的遗传现象。花斑枝条（绿、白色镶嵌）♀×绿枝条♂的子一代有绿色、白色及花斑枝条；而绿枝条♀×花斑枝条♂的子一代全是绿枝条。类似的非孟德尔遗传现象在天竺葵（Pelargonium Zo-nale）、月见草（Oenothera）、葫芦藓（Furnaria）及柳叶菜属（Epilobium）等植物中相继都有报道。研究者们提出细胞质基因组、质体基因及胞质基因等概念。1937年法国学者海蒂（P.H.Haitier）等报道果蝇对CO₂敏感性的非孟德尔遗传。20世纪40年代相继在酿酒酵母、草履虫、大肠杆菌等微生物或原生生物中发现核外遗传现象。阐明这些遗传现象分别由细胞质中的线粒体、某些共生物及质粒控制。1963～1964年确证叶绿体及线粒体存在DNA，证实某些共生体及质粒亦具DNA性质，如果蝇的CO₂敏感性因子σ和草履虫的卡巴粒，分别在细胞质中自成遗传体系。70年代绘制出质粒R100的遗传图。

正反杂交，是研究核遗传或细胞质遗传常用的方法。细胞质遗传时，正交及反交子一代总表现母本性状（如紫茉莉）、子二代表现不分离现象。子一代表现母本性状是因为双亲对子代提供相等的核物质，而细胞质只由母本提供。通过注射、接合转移（见细菌接合）等方法将某些生物（果蝇、大肠杆菌、草履虫等）的细胞质转移到遗传性不同的同类生物中，若受体获得供体的某些性状，该性状必属核外遗传。不断与父本回交，得到核置换材料（胞质来自母本，核来自父本）若仍表现母本某些性状，也是核外遗传的表现。显微操作进行核移植，从其性状表现亦可判断遗传方式。

生物有不少性状由细胞质基因或胞质基因与核基因共同作用决定。植物雄性不育特性在农作物杂种优势利用中的广泛应用就是例子（见雄性不育）。利用不同物种间叶绿体的摄取、转移可作为提高低光效作物（水稻、小麦）光合效率的手段。70年代报道烟草白花细胞原生质体摄取外源叶绿体后，能再生成正常烟草植株。矮牵牛及胡萝卜中亦有类似结果。