植物基因组的多样性对植物整体的多样性起着关键作用。与大部分动物为二倍体不同，植物的基因组可以呈现多种倍性，这不仅丰富了植物的遗传多样性，也为植物的适应性和进化提供了可能。这一特性主要由染色体组（genome）和染色体基数（x）决定。

染色体组（n）代表了生物配子中所有染色体的总称，而染色体基数（x）表示该物种具有x个基本染色体组。一个物种的染色体倍数性（多倍体）与n无关，而是由x表示。例如，小麦属中的三种小麦，一粒小麦、二粒小麦和普通小麦，其染色体数分别为14、28和42，分别代表7、14和21个染色体基数。

在显花植物中，多倍体的比例与进化程度密切相关，且与植物的分类地位正相关。裸子植物中约有13%的种是多倍体，双子叶植物为42.8%，单子叶植物为68.6%。植物中多倍体的比例还与其生长环境紧密相关，通常纬度越高，多倍体植物越常见。

多倍体可以分为同源多倍体和异源多倍体。同源多倍体中的基本染色体组来自同一物种，常见于多年生植物，如甘蔗、马铃薯等。其形态特征包括细胞体积、核体积增大，组织和器官增大，气孔增大、气孔数减少，成熟期延迟等。同源多倍体的减数分裂中，染色体组大多联会成多价体，联会松弛，常常提前解离，造成染色体分离不均衡。同源三倍体和四倍体的联会和分离有其特定模式，通过这些特性可以培育出无籽西瓜、香蕉等水果。

异源多倍体则是染色体组来自不同物种，分为染色体组异源多倍体和节段异源多倍体。例如，普通小麦是由栽培一粒小麦、斯卑尔脱山羊草和方穗山羊草三个物种的染色体组合并而成。异源多倍体在减数分裂过程中表现正常，可以用于克服远缘杂种的不育性，创造中间亲本，甚至育成新作物。

多倍体的形成途径多样，包括种间杂种体细胞染色体加倍或种间杂种在减数分裂时形成包含全部染色体的配子。多倍体的应用广泛，从克服远缘杂交的不孕性，到创造中间亲本利用远缘有利基因，再到培育新作物，多倍体技术在植物育种中发挥着重要作用。