Mutațiile și duplicarea genelor sunt singurele surse alele alele complet noi într-o populație. Erorile de transcriere la nivelul genelor și nivelul cromozomului sunt sursa ultimă de variație genetică.
Mutațiile genetice apar atunci când există modificări în secvența de nucleotide ADN. Aceste secvențe modificate sunt numite alele. Organismele care reproduc sexual produce gameți care conțin recombinări ale informațiilor genetice originale moștenite. Acest proces de recombinare are loc în timpul fazei încrucișate a meiozei. Recombinările genetice pot rezulta, de asemenea, în timpul procesului de fertilizare sau datorită segregării aleatorii a cromozomilor în timpul diviziunii meiotice.
Mutațiile cromozomiale determină modificări ale numărului de cromozomi moșteniți, rezultând în porțiuni lipsă, extra sau neregulate de ADN cromozomial. Acestea pot fi împărțite în două tipuri generale: tulburări numerice și tulburări structurale. Tulburările numerice apar atunci când organismul lipsește un cromozom sau are mai mult decât numărul obișnuit de cromozomi. Sindromul Down apare la oameni având trei copii ale cromozomului 21 în loc de cele două obișnuite. Rezultatele sindromului Turner atunci când o persoană se naște cu un singur cromozom sexual, un cromozom X, în loc de obiceiul XX sau XY. Mutațiile sunt întâmplătoare și pot fi dăunătoare, neutre sau, ocazional, benefice pentru urmașii moștenitori.
