採用分子生物學技術將DNA分子標記、基因或克隆直接標定在染色體上的實際位置所繪製的基因組圖。物理圖是結構基因組學研究的核心內容之一，可為基因的定位克隆和全基因組測序提供工作框架。物理圖與遺傳圖除瞭繪製方法不同之外，在表現的方式上也有很大差別：①相對物理圖。包括限制酶酶切位點圖或限制圖、重疊群圖、細胞圖和輻射雜種圖，其中隻有輻射雜種圖含有位元點之間的單位距離。②絕對物理圖。即染色體DNA的核苷酸排列順序，位元點點之間的距離由堿基對(bp)、千堿基對(kbp, 1 000 bp)和百萬堿基對(Mbp, 1 million bp)表示。
限制圖指一段DNA片段上限制酶酶切位點的分佈位置，它不涉及具體的核苷酸排列順序。不同的限制酶可識別並切割DNA分子中不同的核苷酸順序，經瓊脂糖凝膠電泳後可顯示產生的酶切片段。由於給定的DNA分子總長是不變的，當不同的限制酶處理同一DNA分子時可產生不同的片段組成，通過排列對比或選用合適的分子標記與DNA限制性片段雜交既可確定限制酶酶切位點的相對位置及其排列次序。采用的限制酶種類越多，繪制的限制圖越精確。
重疊群圖指一組由兩兩相鄰重疊的DNA克隆依次排列的物理圖。當一段大分子DNA或整個基因組DNA經隨機斷裂產生許多重疊的片段之後，可將這些片段進行克隆。從一個選定的克隆出發，在DNA文庫中尋找含有與之重疊的其他克隆成員，並確定它們之間的排列位置。在理想的情況下，整條染色體可由一個重疊群所覆蓋。
細胞圖是在染色體熒光原位雜交(FISH)基礎上發展起來的一種基因組物理圖。細胞分裂中期染色體高度收縮形成在顯微鏡下可區分的特征結構。將特定的DNA分子(基因或DNA克隆)經熒光染料標記後再與變性處理的染色體雜交。變性染色體可釋放單鏈DNA，經標記的DNA探針可與染色體中同源的DNA單鏈復性形成雜交雙鏈。通過紫外線光源激發，可顯示探針雜交的位置。因染色體高度收縮的原因，由熒光原位雜交制作的細胞圖比較粗放，但可確證DNA標記之間的連鎖關系。
輻射雜種圖作圖原理是基於體細胞雜交中斷裂的異源染色體可整合到受體細胞的染色體中，並隨受體細胞染色體的復制傳遞給子細胞。將人類細胞經低劑量的X射線輻射處理，使染色體發生隨機斷裂，然後將處理的人類細胞與中國倉鼠體細胞融合。斷裂的人類染色體片段可整合到老鼠染色體中，經篩選培養基的選擇可獲得一組含有不同人類染色體片段的輻射雜種細胞系。根據DNA分子標記順序設計PCR(多聚酶鏈式反應)引物，采用PCR放大的方法檢測同時出現在同一輻射雜種細胞系中的分子標記。非連鎖的分子標記有最大的可能彼此分開，緊密連鎖的分子標記有最大的可能滯留在同一細胞系。分子標記在染色體上的位置離開越遠，其間發生斷裂的可能性越高，因而兩個標記滯留在同一雜種細胞中的比例可用來估算其間的物理距離。輻射雜種的作圖單位為厘鐳(centiRay)，其定義為DNA分子暴露在N拉德(rad)X射線劑量下兩個分子標記之間發生1%斷裂的頻率。1997年，S.斯蒂瓦特及其合作者發表瞭一份含有10 478個順序標簽(STS)的人類染色體輻射雜種圖。
由於遺傳圖、重疊群圖、細胞圖和輻射雜種圖繪制的方法不同，因而會產生一些誤差和偏離。采用上述圖譜中共同使用的分子標記，可在不同的物理圖之間進行校對與銜接，由此獲得一份更為準確的高密度綜合圖。2001年國際人類基因組測序聯合體公佈瞭一份詳盡的人類大分子DNA克隆重疊群圖，采用指紋法將372 264個BAC克隆組建瞭1 447個重疊群。根據其他來源的細胞圖和輻射雜種圖，通過一致性分子標記將這些重疊群錨定到人類24條染色體上，覆蓋瞭約96%的人類常染色體區域。人類基因組計劃的順序組裝就是按這份綜合圖提供的框架完成的。