In der Molekularbiologie bezeichnet Hybridisierung die experimentell herbeigeführte Zusammenlagerung komplementärer Nucleinsäureeinzelstränge unter Bildung eines Nucleinsäuredoppelstranges, und zwar entweder von jeweils zwei DNA- bzw. zwei RNA-Strängen oder von einem DNA-Strang mit einem RNA-Strang (molekulare Hybridisierung).
Die Hybridisierung ist eine wichtige Methode in der modernen Genetik und v. a. der Gentechnologie, da sie u. a. Aussagen ermöglicht über Verwandtschaftsgrade von Nucleinsäuren, über die Lage bestimmter Gene oder auch Nucleotidsequenzen oder der Identifizierung unbekannter DNA- oder RNA-Stücke dient.
Die Hybridisierung von Tumorzellen und normalen Zellen wird zur Herstellung monoklonaler Antikörper angewendet.