La liste des gènes qui peuvent être utilisés est virtuellement infinie, mais il est possible de définir différentes grandes catégories de gènes.
Il s'agit là, non de caractéristique que l'on souhaite conférer à l'organisme, mais d'artifice technique permettant d'identifier et de trier les cellules dans lesquelles la construction génétique voulue a été introduite, de celles où l'opération a échoué.
Les gènes de résistance aux antibiotiques sont utilisés comme marqueurs de sélection simples et pratiques : il suffit en effet de repiquer les cellules dans un milieu contenant l'antibiotique, pour ne conserver que les cellules chez lesquelles l'opération a réussi. Les gènes de résistance aux antibiotiques utilisés (que l'on peut toujours trouver dans certaines PGM actuellement) étaient ceux de la résistance à la kanamycine/néomycine, ampicilline et streptomycine. Leur choix s'est imposé naturellement, par le fait qu'ils étaient d'usage courant pour s'assurer de la pureté des cultures microbiennes, en recherche médicale et en biologie, et peu, voire pas utilisés en médecine humaine. Depuis 2005, ils sont interdits pour tout nouvel OGM.
Pour ne plus laisser en place que le gène d'intérêt, de manière à être sûr que les gènes de résistance n'interfèrent pas avec le phénotype observé, deux méthodes sont possibles:
Cette résistance est conférée aux plantes par des gènes codant une forme tronquée d'endotoxines protéiques, fabriquées par certaines souches de Bacillus thuringiensis (bactéries vivant dans le sol). Il existe de multiples toxines, actives sur différents types d'insectes : par exemple, certaines plantes résistantes aux lépidoptères, tels que la pyrale du maïs (Ostrinia nubilalis), portent des gènes de type Cry1(A).
Il s'agit par exemple de gènes conférant une tolérance au glufosinate d'ammonium (dans le Basta, Rely, Finale, Challenge, Liberty et Bilanafos ) et au glyphosate (dans le Roundup).
Le gène de stérilité mâle (barnase) code une ribonucléase qui s'oppose à l'expression des molécules d'acide ribonucléique nécessaires à la fécondité. Il est contrôlé de façon à ne s'exprimer que dans le grain de pollen.
Le gène barstar, quant à lui, est un inhibiteur de cette ribonucléase, et rend sa fertilité au pollen.
La combinaison des deux gènes permet, par exemple, d'empêcher l'autofécondation dans une variété pure porteuse de barnase, mais d'autoriser la production de graines par un hybride de cette variété et d'une autre, porteuse de barstar. Ainsi, on peut obtenir de semences hybrides homogènes (utilisé pour des salades en Europe), ou empêcher le réemploi des graines.
Il s'agit en fait d'un « système de protection technologique », breveté par la société Delta & Pine Land et le ministère américain de l'Agriculture. Cette technologie permet la modification génétique de semences pour empêcher la germination de la génération suivante de semences. Il ne s'agit pas de stérilité au sens strict du terme puisque les plantes sont capables de produire des graines, c'est la germination de celle-ci qui est inhibée. Cette technologie a été surnommée Terminator par ses opposants.
L'opération consiste à introduire un exemplaire supplémentaire d'un gène donné, mais en orientation inverse (on parle alors de gène « antisens »), ou, parfois, dans le même sens, mais tronqué. La présence de ce gène « erroné » induit le phénomène d'interférence à l'ARN et diminue de manière drastique la quantité d'ARN correspondant, ce qui diminue la synthèse de l'enzyme codée par ce gène. Un exemple de ce type est celui de la pomme de terre, dont les synthétases sont produites en quantités limitées, de façon à produire un amidon différent.
En recherche fondamentale les gènes peuvent être modifiés pour étudier le profil d'expression et/ou la localisation de la protéine associée. Pour cela le gène d'intérêt est fusionné à un gène rapporteur (gène codant une protéine fluorescente comme la GFP ou encore une enzyme dont l'action peut être visualisée comme la bêta-glucuronidase).
Dans certains cas le but d'un OGM sera la production en grande quantité d'une protéine d'intérêt, également appelée protéine recombinante dans ce cas. Les plus connues étant l'insuline, l'hormone de croissance ou encore le facteur VIII. Dans ce cas une cellule isolée (bactérie, levure, cellule d'ovaire de hamster chinois (en)) ou un organisme entier (tabac), a reçu un transgène codant la protéine d'intérêt. Les cellules isolées sont tout d'abord cultivées en bioréacteur, puis une phase de purification de la protéine d'intérêt a lieu. Une des méthodes de purification les plus répandues est l'utilisation de la technique de chromatographie, que ce soit d'affinité, échangeuse d'ions ou de partage.