Le phénotype résulte notamment de l’expression de l’ADN sous forme de protéines. La séquence d’une protéine (son enchaînement d’acides aminés) est dépendante de la séquence d’ADN (allèle du gène) correspondante. L’ensemble des protéines participe, sous l’influence de facteurs externes (conditions de l’environnement), à la réalisation des différents caractères responsables du phénotype. 

Dans les années 1960, des preuves expérimentales montrent qu'il existe une molécule intermédiaire entre l'ADN et les protéines. Cela aboutira à la découverte de l'ARN messager.

L'information d'un allèle codée sous forme de séquence d'ADN est convertie en séquence d'ARN messager (un autre acide nucléique). Cette conversion passe par un processus de synthèse nommé transcription qui utilise la complémentarité des bases (A avec U et C avec G). La transcription a lieu dans le noyau. Elle aboutit à la synthèse d'ARN pré-messagers, qui donnent, après maturation, des ARN messagers. Ces derniers sont exportés dans le cytoplasme. 

  Le code génétique est élucidé dans les années 1960. Il indique la correspondance entre une séquence d'ARN messager et la séquence en acides aminés de la protéine correspondante. À chaque triplet de nucléotides de l'ARNm, appelé codon, correspond un acide aminé (ou un codon stop). Le code génétique est universel (on le rencontre chez tous les êtres vivants), univoque (à chaque codon ne correspond qu'un seul acide aminé) et redondant (un même acide aminé peut être codé par plusieurs codons). La traduction est le nom du processus de synthèse des protéines à partir de l'ARN messager. Elle se déroule au niveau des ribosomes. 

L'expression des gènes n'est pas la même selon les cellules ou les étapes de la vie d'un organisme : elle est régulée. Cette régulation dépend notamment de facteurs de l'environnement, de facteurs endogènes (hormones par exemple) et de la maturation de l'ARN pré-messager