Oprócz utrzymania stabilności genomu poprzez naprawę DNA, rekombinacja homologiczna odgrywa ważną rolę w dywersyfikacji genomu. W rzeczywistości rekombinacja sekwencji stanowi molekularną podstawę ewolucji genomu. Losowe i nielosowe permutacje sekwencji genomowych tworzą bibliotekę nowych połączonych sekwencji. Te nowo powstałe genomy mogą decydować o sprawności i przetrwaniu komórek. U bakterii homologiczne i niehomologiczne typy rekombinacji prowadzą do ewolucji nowych genomów, które ostatecznie decydują o zdolności adaptacyjnych bakterii do różnych warunków środowiskowych.

Podczas mejozy, gdy pojedyncza komórka dzieli się dwukrotnie, aby wytworzyć cztery komórki zawierające połowę pierwotnej liczby chromosomów, HR prowadzi do krzyżowania się między genami. Oznacza to, że dwa regiony tego samego chromosomu o prawie identycznych sekwencjach pękają, a następnie łączą się ponownie, ale z inną częścią końcową. Niewielkie różnice między sekwencjami DNA chromosomów homologicznych nie zmieniają funkcji genu, ale mogą zmienić allel lub fenotyp genu. Na przykład, jeśli gen koduje cechę taką jak kolor włosów, jego allel określa konkretny fenotyp, tj. czy włosy będą czarne, blond czy rude. Ludzie zawierają dwa allele tego samego genu, w każdej lokalizacji genu, po jednym od każdego rodzica. Rekombinacja, taka jak konwersja genów, zmienia tę dystrybucję, zmieniając formę lub manifestację genu u potomstwa.