Homologna serija se nanaša na organske molekule ali spojine, ki imajo podobno molekulsko formulo, zaradi česar imajo spojine podobne kemične lastnosti. Ker se molekularna velikost spojine povečuje znotraj homolognega niza, se tudi fizikalne lastnosti postopno spreminjajo. Glavna razlika med spojinami v takih serijah je dodatek dodatne ogljikove in divodikove skupine, CH2.
Veliko različnih vrst spojin ima homologne serije. Najpogostejše serije vključujejo alkane, etre in alkohole; druge homologne serije vključujejo alkene ali olefine in alkine ter karboksilne kisline. Alkani so spojine, ki vsebujejo samo ogljik in vodik, ki sta povezana z enojnimi vezmi. Etri so spojine, ki imajo etrsko funkcionalno skupino, ki jo sestavlja kisik, vezan bodisi na dve alkanski ali na dve arilni spojini, upodobljeni kot RO-R’. R in R’ se nanašata na različne alkanske ali arilne spojine.
Alkoholi vsebujejo funkcionalno skupino, sestavljeno iz kisika, vezanega na vodik (-OH), in alkeni imajo funkcionalno skupino ogljika, dvojno vezanega na drugi ogljik (C=C). Alkini so podobni alkenom, čeprav je funkcionalna skupina sestavljena iz molekule ogljika s trojno vezjo na drugo molekulo ogljika. Karboksilne kisline so kisline, ki vsebujejo vsaj eno karboksilno skupino (-COOH).
Spojine v seriji se bodo razlikovale glede na enoto CH2 in določeno molekulsko maso. Serija alkanov se začne z metanom z molekulsko formulo CH4 in maso 16.04. Naslednja spojina je etan s formulo C2H6 in maso 30.07. Sledijo butan s formulo C4H10 in masa 58.12 ter pentan s formulo C5H12 in masa 72.15. Kot je razvidno, etan vsebuje en ogljik več in dva več vodika kot metan in ima maso 14 več kot metan. Enako se dogaja med etanom in butanom ter butanom in pentanom.
Tudi fizikalne lastnosti teh spojin se postopoma spreminjajo, ko se molekule povečajo. Običajno se s povečanjem dolžine ogljikove verige sposobnost raztopine spojine v vodi zmanjša, čeprav je to odvisno tudi od kemične narave funkcionalne skupine, saj so nekatere funkcionalne skupine bolj topne v vodi kot druge. Ko ogljikove verige znotraj homologne serije postanejo daljše, se vrelišče spojine spremeni. Čeprav se v mnogih primerih poveča, se bo vrelišče začelo zniževati, če se ogljikova veriga začne z razvejanjem. To je le ena od izjem, ki jih najdemo v fizičnih spremembah.