即用化學方法構建非病毒載體系統，借之完成基因轉導。主要包括以下兩種。
1脂質體載體
脂質體載體方法具有安全、簡單、低毒、無免疫原性等優點，適用于注射方法進行器官靶向性轉移并有一定的轉移效率。是除病毒載體轉移方法之外的另一種有價值的體內基因轉移方法。多用于體外轉化細胞，或通過瘤組織內注射進行體內轉化，并已有少數臨床應用的報告。常用的是陽離子脂質體（商品名為Lipofectin）。它可自發的與DNA形成復合物，保護外源DNA不被核酸酶降解，具有制備簡單、安全無毒、無免疫原性、重復性、對基因片段大小無限制且轉染操作方便等優點。由于它可與細胞膜直接融合而能有效地避免溶酶體破壞，故遠比傳統的脂質體效率高。缺點是靶向性有限。Nishikawa等從BALB/c小鼠的尾靜脈注射以熒光素酶基因為報告基因的質粒DNA-脂質體復合物， 發現肺、肝、脾等器官組織中都有熒光素酶基因及其產物，持續表達超過3個月。常規脂質體易被網狀內皮系統（RES）細胞攝取，在巨噬細胞本身可成為靶細胞的部位，RES的這種親合性是有利的。Hasegawa等采用日本血凝病毒（ hemagglutinating virus of Japan,HVJ）脂質體為載體，用HSV-tk/Gcv系統治療肝癌發現，在體外試驗中當Gcv的濃度100microg/ml時幾乎所有腫瘤均被殺死，甚至當轉導率只有20%時，也有1/3腫瘤被消滅。此方法重復應用效果更佳，且皮下注射未見明顯的炎癥反應。
2受體介導法
利用肝細胞上富含轉移因子和糖蛋白受體的特點，人工合成多聚陽離子氨基酸，進而連接轉移因子（或糖蛋白）和目的基因構成復合物，通過與肝細胞表面的受體結合來實現目的基因的轉移。此法靶向性好，但受體介導的內吞小泡會被轉運到溶酶體，易被溶酶體降解而造成目的基因表達時間短暫，表達效率低下。利用氯哇抑制溶酶體酶或腺病毒與內吞小泡相融合而將其破壞釋放出外源DNA，可提高轉化效率。