Следующая стадия цитогенетических методов — окраска препаратов. Все методы окраски препаратов можно разделить на 3 группы: простые, дифференциальные, флюоресцентные.
Наиболее распространён метод окраски по Гимзе, или простая окраска (в русскоязычной литературе распространён также термин «рутинная окраска»). Краситель Гимзы окрашивает все хромосомы равномерно по всей длине . При этом контурируются центромера, спутники (иногда со спутничными нитями) и вторичные перетяжки. Механизм связывания красителя Гимзы хромосомами неясен. Он не является специфическим для какого-либо азотистого основания ДНК.
При простой окраске возможна только групповая идентификация хромосом, поэтому данный метод используется для ориентировочного определения числовых аномалий кариотипа. Структурные хромосомные аномалии (делеции, транслокации, инверсии), выявляемые при простой окраске, должны быть идентифицированы с помощью дифференциальной окраски.
Простая окраска широко применяется для изучения хромосомного мутагенеза (учёт хромосомных аберраций) при проверке факторов окружающей среды на мутагенность. Метод простой окраски хромосом как единственный метод изучения карио-типа человека применялся до начала 70-х годов. С его помощью за 10 лет были открыты основные хромосомные болезни, показана роль хромосомных аномалий в спонтанных абортах, врождённых пороках развития и канцерогенезе, разработаны принципы биологической дозиметрии.
Морфологическая однородность хромосомы по длине на стандартно приготовленных и окрашенных по Гимзе препаратах на самом деле обманчива. Благодаря прогрессу цитогенетики человека выявлена глубокая линейная диффе-ренцированность не только функции, но и структуры хромосом. В 70-х годах
в практику вошли методы дифференциального окрашивания и хронологии репликации ДНК в хромосомах.