直向同源基因又譯為"垂直同源基因"、"正同源基因" 或"定向進化同源基因"、"直系同源基因",是指從同一祖先垂直進化而來的基因。或者說,一個祖先物種分化產生兩種新物種,那么這兩種新物種共同具有的由這個祖先物種繼承下來的基因就稱為直向同源基因。
直向同源基因通常是編碼生命必需的酶、輔酶或關鍵性的調控蛋白的基因,具有功能保守,進化緩慢,變化速度可覆蓋整個進化歷史,且序列變化速度與進化距離相當等特徵。大多數直向同源基因功能相同或相近,調控途徑也相似, 因此在基因組序列的注釋中,是最可靠的選擇,例如人α一珠蛋白基因與小鼠α一珠蛋白基因。