查爾斯·達爾文和阿爾弗雷德·羅素·華萊士於1858年提出了自然選擇的概念。其原理很簡單：族群中的個體各不相同。有些變異有助於它們比其他變異更好地生存和繁殖。這些個體將這些性狀遺傳給更多的後代。經過幾代繁衍，這些有益的性狀變得越來越普遍。這個過程並非隨機的。突變隨機產生變異，但自然選擇就像一個過濾器，它偏愛那些在特定環境中有效的性狀。

自然選擇有多種形式。定向選擇推動性狀朝一個方向發展，例如乾旱時期喙部尺寸增大。穩定選擇偏向平均值，淘汰極端值，例如人類出生體重。分裂選擇則偏向兩個極端，而非中間值，可能導致族群分裂。性選擇是一種特殊情況，由配偶選擇或配偶競爭所驅動。孔雀尾羽和鹿角都是透過性選擇演化而來，即使它們會使生存更加艱難。

自然選擇的要求

• 族群內性狀的變異。
• 遺傳性：性狀必須能夠傳遞下去。
• 差異性生存或繁殖。
• 時間：變化是經過幾個世代累積起來的。

自然選擇不會預先規劃，而是根據當前環境做出反應。在某時代有益的性狀，在環境變化後可能反而成為劣勢。