ينشأ التطور بالانتخاب الطبيعي من ثلاثة شروط: تباين الأفراد داخل النوع الواحد، وكون بعض هذه التغيرات قابلة للتوريث، وأن الكائنات الحية تنتج نسلًا أكثر مما تستطيع الموارد دعمه. والنتيجة هي أن الأفراد ذوي التغيرات المفيدة نسبيًا سيكونون أكثر عرضة للبقاء على قيد الحياة ولديهم معدلات تكاثر أعلى من الأفراد ذوي الصفات المختلفة. ستنتقل الصفات المفيدة إلى النسل بنسبة أكبر. وبالتالي، سيكون للصفة تمثيل أعلى في الجيل التالي والأجيال اللاحقة، مما يؤدي إلى تغير جيني في الجماعة الأحيائية.

نشأ التركيب الحديث للنظرية التطورية من التوفيق بين أفكار داروين ووالاس ومندل حول التطور والوراثة. علم الوراثة السكانية هو إطار نظري لوصف التغير التطوري في الجماعات الأحيائية من خلال التغير في ترددات الأليلات. يُعرّف علم الوراثة السكانية التطور بأنه تغير في تردد الأليل عبر الأجيال. في غياب القوى التطورية، لن تتغير ترددات الأليلات في جماعة أحيائية؛ وهذا ما يُعرف بمبدأ اتزان هاردي-واينبرغ. ومع ذلك، في جميع الجماعات الأحيائية، تعمل الطفرة والانتخاب الطبيعي والانحراف الوراثي والهجرة على تغيير ترددات الأليلات.

هناك أربعة عوامل يمكن أن تغير ترددات الأليلات في جماعة أحيائية. يعمل الانتخاب الطبيعي عن طريق اختيار الأليلات التي تمنح صفات أو سلوكيات مفيدة، بينما يختار ضد تلك التي تمنح صفات ضارة. تُدخل الطفرات أليلات جديدة إلى الجماعة الأحيائية. ينبع الانحراف الوراثي من الحدوث العشوائي لكون بعض الأفراد لديهم نسل أكثر من غيرهم، وينتج عنه تغيرات في ترددات الأليلات تكون عشوائية في الاتجاه. عندما يغادر الأفراد الجماعة الأحيائية أو ينضمون إليها، يمكن أن تتغير ترددات الأليلات نتيجة للتدفق الجيني.

توجد أدلة التطور في جميع مستويات التنظيم في الكائنات الحية وفي الأنواع المنقرضة التي نعرفها من خلال الأحافير. توفر الأحافير دليلًا على التغير التطوري من خلال الأشكال المنقرضة الآن التي أدت إلى الأنواع الحديثة. على سبيل المثال، هناك سجل أحفوري غني يظهر التحولات التطورية من أسلاف الخيول إلى الخيول الحديثة التي توثق الأشكال الوسيطة والتكيف التدريجي مع الأنظمة البيئية المتغيرة. يكشف تشريح الأنواع والتطور الجنيني لذلك التشريح عن تراكيب مشتركة في سلالات متباينة تم تعديلها بمرور الوقت عن طريق التطور. يعكس التوزيع الجغرافي للأنواع الحية أصول الأنواع في مواقع جغرافية معينة وتاريخ حركات القارات. تعكس تراكيب الجزيئات، مثل التراكيب التشريحية، علاقات الأنواع الحية وتطابق أنماط التشابه المتوقعة من الانحدار مع التعديل.

يحدث الانتواع عبر مسارين رئيسيين: الفصل الجغرافي (الانتواع الجغرافي) ومن خلال آليات تحدث داخل موطن مشترك (الانتواع المتماثل الموطن). يجبر كلا المسارين على العزل التكاثري بين الجماعات الأحيائية. يمكن أن يحدث الانتواع المتماثل الموطن من خلال أخطاء في الانقسام المنصف التي تشكل أمشاجًا بكروموسومات إضافية، وتسمى تعدد الصيغة الصبغية. يحدث الأوتوبوليبلويدي داخل نوع واحد، بينما يحدث الألوبوليبلويدي بسبب التزاوج بين أنواع وثيقة الصلة. بمجرد عزل الجماعات الأحيائية، يمكن أن يحدث التباعد التطوري مما يؤدي إلى تطور صفات عازلة تكاثريًا تمنع التزاوج البيني إذا اجتمعت الجماعتان مرة أخرى. من المتوقع أن يؤدي انخفاض حيوية النسل الهجين بعد فترة من العزل إلى اختيار آليات عزل متأصلة أقوى.

نظرية التطور مفهوم صعب وتكثر حوله المفاهيم الخاطئة. غالبًا ما تُطعن الطبيعة الواقعية للتطور من خلال الربط الخاطئ بين المعنى العلمي للنظرية والمعنى العامي. يُفسر التطور أحيانًا بالخطأ على أنه يعني أن الأفراد تتطور، بينما في الواقع الجماعات الأحيائية فقط هي التي تتطور مع تغير ترددات جيناتها بمرور الوقت. غالبًا ما يُفترض أن التطور يفسر أصل الحياة، وهو ما لا يتناوله. غالبًا ما يُتحدث عنه بمصطلحات موجهة نحو هدف، حيث تتغير الكائنات الحية بقصد، ويعمل الانتخاب على الطفرات الموجودة في جماعة أحيائية والتي لم تنشأ استجابة لضغط بيئي معين. غالبًا ما يوصف التطور بأنه مثير للجدل بين العلماء؛ ومع ذلك، فهو مقبول من قبل الغالبية العظمى من العلماء العاملين. غالبًا ما يجادل منتقدو التطور بأنه يجب تدريس نظريات بديلة للتطور في المدارس العامة؛ ومع ذلك، لا توجد نظريات علمية بديلة قابلة للتطبيق للتطور. لا ينبغي تدريس المعتقدات الدينية البديلة كعلم لأنه لا يمكن إثباتها، وفي الولايات المتحدة يعتبر ذلك غير دستوري. العلم صامت بشأن مسألة وجود إله بينما يستطيع العلماء التوفيق بين المعتقد الديني والمعرفة العلمية.