La rédaction des "lois de l'hérédité" basées sur les travaux de Mendel permet de relier une race donnée à un génotype particulier.
Pour bien comprendre ce lien, il convient de bien distinguer deux notions :
C'est l'interaction du génotype et de l'environnement qui détermine le phénotype.
Dans certains cas simples, les gènes s'expriment de manière visible, comme par exemple les pois étudiés par Mendel, qui peuvent être lisses ou ridés, ou les drosophiles (mouches étudiées par Morgan, prix Nobel en 1933), dont les yeux peuvent être rouges ou blancs, selon un gène spécifique. Dans ces deux cas, on peut donc clairement définir des races (le terme de variété est d'utilisation plus fréquente dans le cas des végétaux) :
En fonction du caractère étudié, un individu peut appartenir à plusieurs races. Ainsi, un pois jaune ridé appartient-il à la variété des pois jaunes et à celle des pois ridés.
D'autre part, tous les caractères ne sont pas visibles, certains sont d'ordre biochimique (comme la capacité à sentir une molécule donnée, le groupe sanguin, etc.), et d'autre part un individu d'une espèce (végétale ou animale) présente un nombre important de gènes, donc autant de possibilité de définir des races.
Pour les espèces animales utilisées en élevage, ou les espèces végétales cultivées à des fins alimentaires, industrielles ou ornementales, la pression de sélection exercée par l'homme conduit à une homogénéité plus forte (par rapport aux gènes gouvernant les phénotypes recherchés) de la population, et corrélativement à un appauvrissement de la diversité génétique, ce qui fragilise cette population vis-à-vis des agressions de toute nature, comme les maladies. Des exigences commerciales conduisent à définir de nombreux standards de races ou de variétés correspondant à des besoins variés ; ainsi, les animaux ou végétaux qui ne correspondent pas au standard d'une race (ou variété) ne participent pas à la reproduction.
Les microorganismes utilisés dans l'industrie ont également été l'objet, depuis longtemps, de semblables sélections (par exemple, la levure de bière).
Depuis peu, le génie génétique permet de modifier les gènes d'une espèce afin de créer des espèces « génétiquement modifiées » ou transgéniques, dont les propriétés nouvelles répondent aux besoins de ceux qui les exploitent.
Dans un sens vieilli, le terme de race désigne l'ensemble des individus appartenant aux différentes générations d'une famille, d'une dynastie. Exemples : la race d'Abraham, la race des Capétiens, etc.
Charles Morazé rappelle que, jusqu'au début du XIXe siècle, le mot race, « avait gardé un sens très aristocratique ou, si l'on veut, féodal. Il servait au noble à désigner la lignée de ses ancêtres. Quand il s'agissait d'une lignée royale, le mot se revêtait d'une majesté particulière : les Bourbons étaient « la troisième Race ». Certes, le bourgeois enrichi du début du XIXe siècle risque le ridicule à parler de sa race.
Au sens figuré, la race désigne des groupes de personnes ayant des intérêts et des comportements communs.
Le terme a également désigné au XVIIe siècle les générations :
Le terme de race est souvent employé dans les ouvrages de science-fiction et de médiéval-fantastique. La définition de race n'est alors pas la même qu'en biologie. Dans ce contexte, il désigne des groupes d'êtres intelligents qui ont des caractères physiques et souvent psychologiques différents. La reproduction entre races différentes y est souvent infertile.