等位基因是指在一对同源染色体的同一位置上控制相对性状的基因，在减数分裂过程中随同源染色体分开而分离。

A、等位基因位于同源染色体的相同位置上，非等位基因也可能位于同源染色体的不同位置，A错误；

B、杂合子与纯合子基因型不同，但表现型可能相同，如Aa和AA，B错误；

C、位于非同源染色体的非等位基因遵循自由组合定律，C错误；

D、孟德尔设计的测交实验结果取决于F1产生的配子种类和比例，D正确。

故选：D。