Большинство видов имеет одинаковое число хромосом (2n = 24, х = 12). Три вида — л. тигровая, л. луковиценосная и л. родопская — наряду с диплоидными формами (2n = 24) представлены еще триплоидами (2n = 36). Полиплоидных видов среди лилий нет.
Виды лилий характеризуются относительно сходными кариотипами (Stewart R. N., 1947). Их хромосомы имеют крупные размеры и достигают 25 мкм. Большинство хромосом различается по длине, соотношению плеч, наличию спутников, числу и положению вторичных перетяжек. Нередко последние являются единственным признаком, по которому можно различить кариотипы близкородственных видов. Исследования, проведенные Г. Л. Кудряшовой (1971) на кавказских видах лилий, показали константность этих признаков, позволяющих не только характеризовать вид, но и определять состав межвидовых гибридов.
С целью улучшения декоративных качеств лилий и повышения их устойчивости к вирусным и другим заболеваниям с начала 40-х годов в Англии и США были начаты селекционные работы с использованием полиплоидии (Emsweller S. L., 1946, 1947, 1952; Darby G. W., 1952). В результате в эксперименте путем воздействия колхицином было получено около 20 тетраплоидных форм — у L. candidum, L. formosanum, L. longiflorum, L. regale, L. brownii и др. Ряд тетраплоидных форм L. philippinense были получены путем обработки 30-дневных сеянцев 0,02%-м раствором колхицина от 24 ч до 3 суток (Матвеева Т. С, 1980). Тетраплоидные формы лилий отличаются от диплоидных форм более крупными и многочисленными цветками с плотными листочками околоцветника, часто с большей устойчивостью к вирусным и другим заболеваниям, способностью к формированию луковиц-деток в пазухах листьев, разными сроками и продолжительностью цветения.
В нашей стране во Всесоюзном научно-исследовательском институте эфиромасличных культур получены тетраплоиды L. candidum и L. regale с повышенным содержанием эфирного масла в листочках околоцветника (Резникова С. А., Семенова В. М., 1970).
Путем скрещивания диплоидных форм с тетраплоидами получены триплоидные формы. В 1971 г. У. Шарп (W. R. Scharp) и Р. Раскин (R. S. Raskin) впервые получили гаплоидную форму L. longiflorum, культивируя пыльцу на искусственной питательной среде.
Экспериментальная полиплоидия позволяет получить новые формы у видов и сортов лилий, обеспечивает восстановление фертильности и т. д. Все это значительно расширяет возможности дальнейшей селекционной работы.