Avant de pouvoir utiliser un gène correcteur, il faut tout d'abord l'identifier, puis le multiplier à l'aide de techniques développées notamment dans le cadre des programmes de cartographies du génome humain.

Ensuite, l'introduction d'un «gène médicament» à l'intérieur de la cellule requiert une sorte de cheval de Troie: le vecteur. Il constitue un élément clé du succès de la thérapie génique. C'est de lui que dépend l'arrivée du gène en quantités suffisantes dans les bonnes cellules. Plusieurs types de vecteurs sont actuellement à l'étude : les vecteurs viraux (rétrovirus, adénovirus, virus de l'Herpès, parvovirus autonome) et les vecteurs synthétiques (liposomes composés d'un mélange de lipides).

Les virus, naturellement doués pour pénétrer dans la cellule vivante et détourner sa machinerie à leur profit pour s'y multiplier, sont les plus utilisés actuellement comme vecteurs en thérapie génique. Toutefois, on ne peut les employer tels quels, à cause de leur toxicité initiale et des réactions immunitaires qu'ils déclenchent. Une autre limitation est liée au fait que la plupart des virus s'attaquent à une grande variété de cellules différentes. Pour pouvoir les utiliser comme véhicules de transgènes en direction d'un type de cellule donné, les scientifiques cherchent à améliorer la reconnaissance entre le virus et la surface des cellules cibles.

Les avantages et inconvénients de chaque type de vecteur viral découlent de leurs propriétés respectives: la taille du gène thérapeutique qu'ils sont capables de « transporter », leurs exigences vis-à-vis de l'état dans lequel doit se trouver la cellule cible (en prolifération versus au repos), leur concentration (titre viral) et la sécurité de la méthode de leur production.

La nécessité d'éviter les réactions immunitaires a poussé certains chercheurs à explorer d'autres directions, telle la mise au point de vecteurs inertes dont la structure est proche de celle de la membrane cellulaire: les liposomes. Le gène thérapeutique est cette fois encapsulé dans une membrane lipidique du même type que les membranes cellulaires. Lorsque le liposome entre en contact avec la cellule à modifier, les membranes fusionnent et le gène est libéré dans la cellule. Cette technique se heurte toutefois à un problème: il faut de grandes quantités de gènes pour qu'un seul parvienne à pénétrer dans le noyau de la cellule. A cette concentration commencent à se poser des problèmes de toxicité.