在有機化學中，同源系列是指具有相同官能團和相似化學性質的化合物序列，其中系列成員可以是支鏈的，也可以是不支鏈的，或者以分子式CH2和分子質量14u為區別。這可以是碳鏈的長度，例如直鏈烷烴（石蠟），也可以是均聚物（如直鏈淀粉）中的單體數量。同源系列中的化合物通常有一組固定的官能團，使它們具有相似的化學和物理性質。(例如，初級直鏈醇系列在碳鏈末端有一個羥基）。這些性質通常沿著系列逐漸變化，而這些變化往往可以僅僅用分子大小和質量的差異來解釋。同源系列這一名稱也經常用于任何具有類似結構或包括相同功能團的化合物集合，如一般的烷烴（直鏈和支鏈）、烯烴（烯烴）、碳水化合物等。然而，如果成員不能按單一參數的線性順序排列，那么這個集合可能更適合稱為化學家族或同源化合物類，而不是系列。同源系列的概念是由法國化學家CharlesGerhardt在1843年提出的。同系反應是一個將同系的一個成員轉化為下一個成員的化學過程。同源系列例子直鏈烷烴的同源系列始于甲烷（CH4）、乙烷（C2H6）、丙烷（C3H8）、丁烷（C4H10）和戊烷（C5H12）。在該系列中，連續的成員在質量上的不同是在鏈中插入了一個額外的亞甲基橋（-CH2-單元）。因此，每個成員的分子質量相差14個原子質量單位。在這樣一個系列中的相鄰成員，如甲烷和乙烷，被稱為相鄰的同系物。在該系列中，許多物理特性，如沸點，隨著質量的增加而逐漸改變。例如，乙烷（C2H6），比甲烷（CH4）的沸點高。

這是因為乙烷分子之間的倫敦分散力比甲烷分子之間的分散力高，導致分子間的吸引力更強，提高了沸點。一些重要的有機分子類別是烷烴的衍生物，如一級醇、醛和（單）羧酸形成了與烷烴類似的系列。初級直鏈醇的相應同源系列包括甲醇（CH4O）、乙醇（C2H6O）、1-丙醇（C3H8O）、1-丁醇等等。單環環烷構成另一個此類系列，從環丙烷開始。生物聚合物也形成同源系列，例如葡萄糖的聚合物，如從纖維素開始的纖維素低聚物，或從麥芽糖開始的淀粉低聚物系列，有時被稱為麥芽糖低聚物。同源肽，只由一個氨基酸的重復組成的寡肽也可以作為同源系列來研究。

同源系列并非有機化學所獨有。鈦、釩和鉬的氧化物都形成了同源系列（如VnO2n-1，2<n<10），稱為Magnéli相，硅烷SinH2n+2（nxxx為8）也是如此，與烷烴CnH2n+2類似。