Pengantar evolusi
Sumber variasi

Teori seleksi alam Darwin menjadi kerangka dasar teori evolusi modern. Eksperimen dan pengamatan yang dilakukan oleh Darwin menunjukkan bahwa organisme dalam suatu populasi bervariasi, dan beberapa variasi tersebut terwariskan dan dapat diseleksi secara alami. Namun, Darwin tidak dapat menjelaskan sumber variasi ini. Sama seperti para ilmuwan sebelumnya, Darwin beranggapan bahwa sifat-sifat terwariskan ini merupakan akibat dari penggunaan ataupun ketidakgunaan organ tertentu, dan sifat yang didapatkan selama hayat organisme tersebut dapat diwariskan kepada keturunannya. Ia mengambil contoh burung unta yang mendapatkan makanannya di daratan. Kaki burung unta menjadi lebih kuat oleh karena digunakan secara terus menerus dan sayap yang jarang digunakan pada akhirnya membuat burung unta tidak dapat terbang. Kesalahpahaman ini disebut "pewarisan karakter yang didapatkan" dan merupakan bagian dari teori transmutasi spesies yang diajukan oleh Jean-Baptiste Lamarck pada tahun 1809. Pada akhir abad ke-19, teori ini menjadi apa yang dikenal sebagai Lamarckisme. Darwin mengembangkan sebuah teori yang dia sebut sebagai pangenesis untuk menjelaskan bagaimana karakteristik yang didapatkan selama hidup organisme dapat diwariskan. Pada tahun 1880-an, eksperiman August Weismann mengindikasikan bahwa perubahan yang diakibatkan oleh penggunaan ataupun ketidakgunaan terus menerus organ tertentu tidak dapat diwariskan, dan Lamarckisme secara perlahan ditinggalkan.
Informasi yang hilang yang diperlukan untuk menjelaskan sifat-sifat terwariskan ini dijawab oleh hasil kerja Gregor Mendel pada bidang genetika. Eksperimen Mendel dengan beberapa generasi tumbuhan kacang polong menunjukkan bahwa pewarisan bekerja dengan memisahkan dan mengacak informasi pewarisan semasa pembentukan sel kelamin dan merekombinasi informasi tersebut semasa pembuahan. Hal ini mirip dengan pengocokan kartu, dengan organisme tertentu mendapatkan campuran acak dari setengah set kartu yang berasal dari satu pihak orang tua, dan setengah sisanya berasal dari pihak lainnya. Mendel menyebut informasi ini sebagai faktor; namun pada zaman sekarang informasi ini dikenal dengan nama gen. Gen adalah satuan dasar hereditas organisme hidup. Ia mengandung informasi-informasi yang akan menentukan perkembangan fisik dan perilaku organisme.[butuh rujukan]
Gen terbuat dari DNA, yakni molekul panjang yang membawa informasi. Informasi ini disimpan dalam urutan nukleotida dalam DNA, sama seperti urutan huruf-huruf dalam suatu kata yang membawa informasi. Gen sama seperti instruksi pendek yang terdiri dari "huruf-huruf" alfabet DNA. Apabila digabungkan bersama, keseluruhan set gen ini akan memberikan informasi yang cukup untuk membangun dan menjalankan suatu organisme. Instruksi yang terdapat pada DNA ini dapat berubah oleh karena mutasi. Dalam sel, gen dibawa oleh kromosom yang merupakan kumpulan DNA. Adalah perombakan pada kromosom yang mengakibatkan kombinasi unik gen pada keturunan.
Walaupun mutasi pada DNA adalah acak, seleksi alam bukanlah proses acak yang bergantung pada kebetulan. Lingkungan menentukan probabilitas keberhasilan reproduksi. Hasil akhir seleksi alam adalah organisme yang dapat beradaptasi terhadap lingkungan. Seleksi alam tidak mempunyai tujuan akhir, dan evolusi tidak seperlunya membuat organisme menjadi lebih kompleks, lebih cerdas, ataupun lebih canggih. Sebagai contoh, kutu merupakan keturunan dari serangga ordo mecoptera yang bersayap, dan ular adalah kadal tidak lagi memerlukan kaki, walaupun fiton masih mempunyai struktur kecil kaki yang tersisa dari nenek moyangnya. Organisme yang ada di dunia hanyalah merapakan varian makhluk hidup yang berhasil beradaptasi terhadap lingkungan.
Perubahan lingkungan yang cepat biasanya akan menyebabkan kepunahan. Dari kesemuaan spesies yang pernah ada di Bumi, 99,9 persennya telah punah. Sejak dimulainya kehidupan di Bumi, terdapat lima kepunahan massal besar-besaran yang telah mengakibatkan penurunan keberagaman spesies secara besar dan tiba-tiba. Kepunahan massal yang paling akhir, kejadian kepunahan Kapur–Tersier, terjadi 65 juta tahun yang lalu. Ia mendapatkan perhatian yang lebih besar daripada kejadian kepunahan lainnya karena telah menyebabkan kepunahan dinosaurus.