Usein saman oirekuvan ja ilmiasun eli havaittavien ominaisuuksien kokonaisuuden voi aiheuttaa monet eri geenit. Toisaalta saman geenin eri geenivirheet eli mutaatiot voivat aiheuttaa monta erilaista ilmiasua.
Harvinaisen sairauden oireet voivat viitata selvästi jonkin tietyn geenin virheisiin eli mutaatioihin. Silloin geenitutkimus on helpommin tehtävissä. Useimmiten oireisto on kuitenkin sellainen, että sen saattavat aiheuttaa monen eri geenin virheet. Tällöin geenitutkimuksessa voidaan usein käyttää niin sanottuja geenipaneeleita. Niissä on yhdistetty useita samantapaisiin oireisiin johtavia geenejä testattavaksi samalla kertaa.
Osassa harvinaissairauksia taustalla on lääketieteelle toistaiseksi tuntematon geenivirheitä, jota ei vielä löydetä geenipaneelitutkimuksessa. Tällöin lisääntyvässä määrin pyritään selvittämään ihmisen koko eksomi eli kaikki hänen geeninsä sekvensointimenetelmällä. Parhaillakaan menetelmillä ei kuitenkaan saada katettua aivan kaikkia geenejä. Eksomisekvensoinnin sisältämä tietomäärä on valtava ja tiedon poiminta sieltä haastavaa, koska jokaisen perimässä on runsaasti myös sellaista vaihtelua (muutoksia), joka ei vaikuta tautiriskeihin. Koko genomia tutkittaessa tietomäärä on merkittävästi eksomiakin suurempi. Niinpä törmätään entistä suurempiin vaikeuksiin löytää tautia aiheuttava ”neula heinäsuovasta”.
Geenitutkimukseen perustuvan diagnoosin myötä sairaudelle saadaan nimi, tunnistetaan sen syntymekanismi ja saadaan tietoa ennusteesta. Kun sairauden geenitausta ja periytymistapa tunnetaan, pystytään paremmin arvioimaan sen periytyvyyttä ja tunnistamaan tilanteet, joissa mahdolliseen uuteen raskauteen liittyy sairauden toistumisen riskiä.