A．乙烯和环己烯结构不相似，不属于同系物，故A错误；
B．硝基苯和三硝基甲苯含有硝基的数目不同，结构不相似，不属于同系物，故B错误；
C．正丁烷和2-甲基丙烷分子式相同，结构不同，属于同分异构体，不属于同系物，故C错误；
D．乙烯和十八烯均属于烯烃，结构相似，分子组成相差n个CH₂原子团的有机化合物，互为同系物，故D正确．
故选D．