Darwin no supo explicar el origen de la variabilidad entre los individuos de la misma especie. Hoy sabemos que los seres vivos son diferentes porque también lo es el ADN de sus células, y que a través del ADN de las células reproductoras se transmiten los caracteres hereditarios a los descendientes, originándose así nuevos individuos, todos distintos entre sí.

Una causa de la variabilidad genética de los organismos son las mutaciones (alteraciones o cambios que se producen al azar en el ADN de las células), que se transmiten a los descendientes cuando se producen en las células reproductoras.

Algunas mutaciones son perjudiciales, por ejemplo el daltonismo (no distinguen los colores rojo y verde), otras son indiferentes (algunos animales tienen los ojos de diferente color), y en muy pocos casos, la mutación es beneficiosa, dotando al individuo de mejores características (aparición de un dedo pulgar oponible, es decir, cuya yema puede tocar las del resto de los dedos, en los primates).

Cualquier individuo con una mutación favorable sobrevive con mayor facilidad (es seleccionado) y tiene más posibilidades de dejar descendencia, a la que transmite esa mutación favorable y ventajosa. Los individuos mejor adaptados son seleccionados por el ambiente y desplazan a los que están peor adaptados.

El neodarwinismo afirma que las mutaciones y la selección natural se complementan entre sí, y ninguno de estos procesos, por sí solo, puede dar lugar a un cambio evolutivo.