Pleiotropija je stanje, pri katerem en sam gen vpliva na več kot eno fenotipsko lastnost v organizmu. Fenotipska lastnost je vsaka opazna lastnost, v nasprotju z genotipsko lastnostjo, ki je povezana z genetsko sestavo organizma. Beseda pleiotropija ima grški izvor; izvira iz besed pleion, kar pomeni »več«, in trepein, kar pomeni »obrniti« ali »preobrniti«. Če bi imela žival gen, ki vpliva na dolžino in barvo njenega krzna, bi ta gen veljal za pleiotropnega. Ljudje običajno rečejo pleiotrofno namesto pleiotropno, vendar je to napačno; pleiotropni je pravilen izraz za opis gena, ki vpliva na več lastnosti.
Geni vsebujejo genetske informacije, potrebne za proizvodnjo aminokislin, ki so gradniki beljakovin. Beljakovine imajo nešteto namenov v skoraj vseh živih bitjih; služijo za uravnavanje, olajšanje ali neposredno povzročanje neštetih različnih procesov in reakcij v večini organizmov. Nekatere aminokisline ali beljakovine imajo v telesu več različnih učinkov, zato velja, da je gen, ki kodira takšne aminokisline in beljakovine, pleiotropen. V večini primerov naj bi bil osnovni mehanizem pleiotropije en gen, ki vpliva na proizvodnjo snovi, ki vpliva na več različnih delov organizma. To je pomemben koncept v evolucijski biologiji, v kateri se šteje, da sta zgodovina in izvor različnih lastnosti zelo pomembna.
Pleiotropija lahko včasih povzroči škodo organizmu. To se zgodi, ko okvara enega samega gena povzroči negativne učinke, ki se nanašajo na več različnih lastnosti organizma. Eden od primerov tega je bolezen PKU ali fenilketonurija, ki se pojavlja pri ljudeh. Povzroča tako duševno zaostalost kot zmanjšanje pigmentacije las in kože. Bolezen je posledica genetske mutacije in prizadene več lastnosti, zato je primer pleiotropije.
Nekatere teorije staranja človeka so se močno zanašale na antagonistično pleiotropijo, stanje, pri katerem en gen kodira več lastnosti, ki imajo različne in konkurenčne učinke. Nekatere lastnosti, kot je proizvodnja testosterona, pomagajo povečati splošno kondicijo v zgodnjem življenju, vendar lahko pozneje v življenju povzročijo dovzetnost za raka in druge bolezni. Gen p53 predstavlja dober primer antagonistične pleiotropije. Medtem ko zavira raka, zavira tudi matične celice, ki obnavljajo stara tkiva. Študije, osredotočene na različne bakterije, so pokazale, da lahko antagonistična pleiotropija močno temelji na okolju in različnih virih, ki so na voljo organizmu.