進化の総合説と呼ばれるもので、ダーウィンとウォーレスの自然選択説と、メンデルの遺伝子の理論、ド・フリースの突然変異説、集団遺伝学の理論や木村資生の中立進化説、エルンスト・マイアらの生態学を統合したものである。この総合説によれば、突然変異によって生じた遺伝子の変異は方向性のある自然選択と、遺伝的浮動や生態的イベント（地理的隔離など）のようなランダムな出来事によって集団中に固定し、新しい形質の出現や種分化などの進化現象を引き起こすと考えられる。また、種分化による各集団の遺伝的隔離はそれらの遺伝子プールの多様性の拡大をもたらす。
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生物が変化するとき、どこかの時点で新しい形質が出現しなければならない。これまでに遺伝学者が、どのようにして新たな形質が現れるのか、またどのようにしてその形質が後の世代に残っていくのか研究してきた。ダーウィンの時代には、まだ遺伝に関する詳細な解明はなされていなかった。しかし現在では、子孫に伝わるような形質の根拠は、遺伝子と呼ばれる、粒子性をもつ、不変の実体にたどり着く。そしてその遺伝子とは、実際はDNAに書込まれた情報であることも現在では分かっている。DNAの変化は突然変異をもたらす。その影響は形質（表現形）の変化となって現れる。また、個々のDNAの突然変異については、それによる形質（表現形）の変化はほとんどなかったとしても、それらの組み換えによって新たな形質が発生することもある。組み換えは、有性生殖の場合は対応する性の細胞の融合によって、バクテリアの場合は接合と形質転換などの遺伝物質の移動によって起きる。
DNA配列上には現れないが通常のDNA複製に影響を与えるような遺伝性の変化についても、研究が進められている。この変化は遺伝情報の変化を一切伴わなかったり、変化そのものが可逆であったりする。このような変化は、エピジェネティクな遺伝と呼ばれ、対応する現象としては、DNAのメチル化反応、プリオン、structural inheritance などがある。このような機構が環境からの刺激に対する応答として、それに適応するような変化をもたらしうるのかどうかについては研究が継続されている。ダーウィンの確立した進化の枠組みでは、環境からの刺激と遺伝するような変化の発生の間の関係について言及することは避けられていたが、もしこのようなことが実際に起きているとすれば、ダーウィンの進化の枠組みから外れたものとなるだろう。