Монозиготные близнецы генетически почти идентичны, и они всегда одного пола, если только в процессе развития не произошла мутация. Монозиготные близнецы всегда имеют разные фенотипы. Близнецы могут проявлять разные половые фенотипы, как правило, в результате неравномерного расщепления зиготы при синдроме Клайнфельтера XXY.
Хотя монозиготные близнецы генетически почти идентичны, проведенное в 2012 году исследование 92 пар монозиготных близнецов показало, что монозиготные близнецы приобретают сотни генетических различий уже на ранних стадиях развития плода. Это вызвано мутациями (или ошибками копирования), происходящими в ДНК каждого близнеца после разделения эмбриона. Другое исследование 2018 года 450 пар монозиготных близнецов показало, что часто (87%) близнецы различались по сексуальности. исследование также показало, что если один близнец женился до 40 лет, другой, скорее всего, также женится до 40 лет.
Считается, что в среднем у монозиготных близнецов имеется около 360 генетических различий, возникших на ранних стадиях развития плода.
Еще одной причиной различий между монозиготными близнецами являются эпигенетические изменения. Они вызваны различиями в воздействии окружающей среды на протяжении всей жизни, что влияет на то, какие гены включаются или выключаются. Исследование 80 пар монозиготных близнецов в возрасте от трех до 74 лет показало, что у самых молодых близнецов эпигенетических различий относительно немного. С возрастом количество эпигенетических различий увеличивается. У пятидесятилетних близнецов эпигенетические различия были в три раза больше, чем у трехлетних. Близнецы, прожившие всю жизнь раздельно (например, усыновленные двумя разными родителями при рождении), имели наибольшие различия. Однако некоторые характеристики становятся более схожими с возрастом близнецов, например, IQ и характер. Это явление иллюстрирует влияние генетики на многие аспекты человеческих характеристик и поведения.