Pleiotropija yra būklė, kai vienas genas veikia daugiau nei vieną fenotipinį organizmo požymį. Fenotipinis požymis yra bet koks stebimas požymis, priešingai nei genotipinis požymis, susijęs su genetine organizmo sudėtimi. Žodis pleiotropija yra graikų kilmės; jis kilęs iš žodžių pleion, reiškiančių „daugiau“, ir trepein, reiškiančių „pasukti“ arba „atsiversti“. Jei gyvūnas turėtų geną, kuris paveikė jo kailio ilgį ir spalvą, tas genas būtų laikomas pleiotropiniu. Žmonės paprastai sako, kad pleiotrofinis, o ne pleiotropinis, tačiau tai neteisinga; pleiotropinis yra teisingas terminas, apibūdinantis geną, kuris veikia kelis požymius.
Genuose yra genetinės informacijos, reikalingos amino rūgštims, kurios yra baltymų statybinė medžiaga, gaminti. Baltymai turi daugybę tikslų beveik visuose gyvuose dalykuose; jie padeda reguliuoti, palengvinti arba tiesiogiai sukelti daugybę skirtingų procesų ir reakcijų daugumoje organizmų. Kai kurios aminorūgštys ar baltymai organizme turi kelis skirtingus poveikius, todėl tokias aminorūgštis ir baltymus koduojantis genas laikomas pleiotropiniu. Daugeliu atvejų pagrindinis pleiotropijos mechanizmas yra vienas genas, turintis įtakos medžiagos, kuri turi įtakos kelioms skirtingoms organizmo dalims, gamybai. Tai svarbi sąvoka evoliucinėje biologijoje, kurioje labai svarbi yra skirtingų požymių istorija ir kilmė.
Pleiotropija kartais gali pakenkti organizmui. Taip atsitinka, kai vieno geno defektas sukelia neigiamą poveikį kelioms skirtingoms organizmo savybėms. Vienas iš pavyzdžių yra liga PKU arba fenilketonurija, kuri pasireiškia žmonėms. Tai sukelia ir protinį atsilikimą, ir plaukų bei odos pigmentacijos sumažėjimą. Šią ligą sukelia genetinė mutacija ir ji paveikia daugybę bruožų, todėl tai yra pleiotropijos pavyzdys.
Kai kurios žmogaus senėjimo teorijos labai remiasi antagonistine pleiotropija – būkle, kai vienas genas koduoja kelis bruožus, kurie turi skirtingą ir konkuruojantį poveikį. Kai kurios savybės, pvz., testosterono gamyba, padeda pagerinti bendrą kūno rengybą ankstyvame amžiuje, tačiau vėliau gali sukelti vėžį ir kitas ligas. P53 genas yra geras antagonistinės pleiotropijos pavyzdys. Nors jis slopina vėžį, jis taip pat slopina kamienines ląsteles, kurios papildo senus audinius. Tyrimai, skirti įvairioms bakterijoms, parodė, kad antagonistinė pleiotropija gali būti labai pagrįsta aplinka ir įvairiais organizmui prieinamais ištekliais.