Bei den meisten Säugetierarten besitzen weibliche Individuen zwei X-Chromosomen, während männliche Individuen ein X und ein Y-Chromosom besitzen. Folglich können Mutationen des einen X-Chromosoms bei weiblichen Individuen durch das Vorhandensein eines normalen Allels des zweiten X-Chromosoms verdeckt werden. Im Gegensatz dazu führt eine Mutation auf dem X-Chromosom bei männlichen Säugetieren häufiger zu beobachtbaren biologischen Defekten, da kein normales X-Chromosom zum Ausgleich vorhanden ist. Merkmalsvariationen, die durch Mutationen auf dem X-Chromosom entstehen, werden als X-chromosomale Variationen bezeichnet.

Ein gut untersuchtes Beispiel für ein X-chromosomales Merkmal ist die Farbenblindheit. Wenn eine Mutation in den Genen auftritt, die für die rote und grüne Farbwahrnehmung der Photorezeptoren in der Netzhaut verantwortlich sind, kann es zu einer Farbenblindheit kommen. Diese rezessive Mutation kann bei Frauen zwar auch zur Farbenblindheit führen, dafür müssen sie jedoch zwei mutierte X-Chromosomen besitzen. Die Farbenblindheit kommt daher viel häufiger bei Männern vor, die nur ein X-Chromosom haben und daher keine zweite Kopie um diese könnte diese Mutation möglicherweise zu kompensieren.

Die Farbenblindheit wird von der Mutter auf den Sohn übertragen. Ein mutiertes X-Chromosom wird von der Mutter auf die Hälfte ihrer Söhne übertragen, die von ihrem Vater ein Y-Chromosom erhalten. Die farbenblinden Männer geben das Allel für die Farbenblindheit an alle ihre Töchter weiter, welche dann entweder ein Träger oder farbenblind sind, je nachdem welches mütterliches Allel ihnen vererbt wurde. Gelegentlich kann diese Art des X-gebundenen Mutation auch durch spontane Mutationen entstehen und nicht als durch die Vererbung von Mutter oder Vater.

Ein weiteres gut untersuchtes Beispiel für eine X-chromosomale Erkrankung ist die Hämophilie. Dabei handelt es sich um eine Blutungsstörung, die durch ihre hohe Verbreitung in den europäischen Königshäusern bekannt geworden ist. Die Hämophilie wird durch eine Mutation in einem Blutgerinnungsfaktor verursacht, entweder VIII oder IV. Dies führt zu längeren Blutungen nach einer Verletzung und kann spontane Gelenkblutungen verursachen. Obwohl es derzeit keine Heilung für die Hämophilie gibt, wird die Möglichkeit einer Gentherapie erforscht.