Le mutazioni e le duplicazioni dei geni sono le uniche fonti di alleli completamente nuovi in una popolazione. Gli errori di trascrizione a livello genico e il livello cromosomico sono la fonte ultima di variazione genetica.
Le mutazioni genetiche insorgono quando vi sono alterazioni nella sequenza nucleotidica del DNA. Queste sequenze alterate sono chiamate alleli. Gli organismi che riproducono sessualmente producono gameti contenenti ricombinazioni delle informazioni genetiche ereditate originali. Questo processo di ricombinazione si verifica durante la fase di crossover della meiosi. Le ricombinazioni genetiche possono anche verificarsi durante il processo di fecondazione o a causa della segregazione casuale dei cromosomi durante la divisione meiotica.
Le mutazioni cromosomiche determinano variazioni nel numero di cromosomi ereditati, con la conseguente scomparsa di parti extra o irregolari di DNA cromosomico. Questi possono essere suddivisi in due tipi generali: disturbi numerici e disturbi strutturali. Disturbi numerici insorgono quando all'organismo manca un cromosoma o ha più del solito numero di cromosomi. La Sindrome di Down si presenta negli umani con tre copie del cromosoma 21 invece dei soliti due. La sindrome di Turner risulta quando una persona nasce con un solo cromosoma sessuale, un cromosoma X, invece del solito XX o XY. Le mutazioni si verificano casualmente e possono essere dannose, neutre o, occasionalmente, benefiche per la progenie ereditaria.
