DNA甲基化（methylation）是真核細胞正常而普遍的修飾方式，也是哺乳動物基因表達調控的主要表觀遺傳學形式。DNA甲基化后核苷酸順序及其組成雖未發生改變，但基因表達受影響。
盡管甲基化修飾有多種方式，被修飾位點的堿基可以是腺嘌呤的N-6位、胞嘧啶的N-4位、鳥嘌呤的N-7位和胞嘧啶的C-5位，它們分別由不同的DNA甲基化酶催化，但大多發生在基因啟動子區CpG島上。DNA甲基化時，胞嘧啶從DNA雙螺旋上突出，進入能與酶結合的裂隙中，在胞嘧啶甲基轉移酶催化下，把活性的甲基從S一腺苷甲硫氨酸轉移至胞嘧啶5位上，形成5一甲基胞嘧啶（5一MC）。基因啟動子區的甲基化可導致轉錄沉寂。