Un requisito esencial de la replicación del ADN es mantener la integridad del material genético. Por esta razón, las roturas de doble cadena se reparan preferentemente por recombinación homóloga y generalmente se lleva a cabo después de la síntesis de ADN cuando las dos moléculas hijas de ADN están en proximidad, y una puede servir como molde para la reparación de la otra.

En los eucariotas, un complejo de proteínas llamado MRN, compuesto por nucleasas especializadas, degrada los extremos dañados del ADN mientras que los extremos están unidos entre sí. El ADN queda con salientes de una sola cadena de 3-4 nucleótidos con un extremo de 3' OH. Esta sección monocatenaria es estabilizada por las proteínas RPA hasta que Rad51 -homóloga de la proteína procariota RecA- es activada por el ATP, y se une al ADN formando un filamento.

En el filamento, el ADN existe como tripletes de nucleótidos donde la columna vertebral del ADN se desenrolla entre tripletes adyacentes. Este filamento de proteína de ADN se une a un ADN dúplex de una cromátida hermana estirando el ADN molde intacto y desestabilizándolo, de modo que las dos hebras se pueden separar fácilmente y la hebra rota puede intentar unirse a la moldura, en un proceso conocido como invasión de hebras.

La hebra invasora busca secuencias homólogas no dañadas en el ADN genómico tratando de formar pares de bases en un bloque de tres nucleótidos. Si los pares de bases no coinciden, el ADN invasor se disocia y busca otras regiones homólogas. Si un triplete de la hebra invasora coincide con la plantilla, se muestrean los tres nucleótidos siguientes.

Si una secuencia coincide durante un tramo de al menos cinco tripletes, se forma una estructura de bucle de desplazamiento, con la ADN polimerasa utilizando la hebra invadida como plantilla.

Después de esto, una helicasa desplaza la hebra invasora ahora extendida que se empareja con la hebra dañada sin recubrir. A continuación, la segunda hebra dañada se recoce a la hebra complementaria del ADN molde para otra ronda de síntesis de ADN. Finalmente, las hebras hermanas se disocian y una ADN ligasa sella las muescas, restaurando las hélices reparadas y asegurando una reparación precisa del cromosoma intacto.