Đột biến và sao chép gen là nguồn duy nhất tạo ra các alen hoàn toàn mới trong quần thể. Lỗi phiên mã ở cấp độ gen và cấp độ nhiễm sắc thể là nguồn gốc cuối cùng của biến thể di truyền.
Đột biến gen phát sinh khi có sự thay đổi trong trình tự nucleotit của ADN. Các trình tự bị thay đổi này được gọi là các alen. Các sinh vật sinh sản hữu tính tạo ra các giao tử có chứa các tái tổ hợp thông tin di truyền ban đầu được thừa hưởng. Quá trình tái tổ hợp này xảy ra trong giai đoạn bắt chéo của meiosis. Sự tái tổ hợp di truyền cũng có thể xảy ra trong quá trình thụ tinh hoặc do sự phân li ngẫu nhiên của các nhiễm sắc thể trong quá trình phân chia sinh học.Đột biến nhiễm sắc thể dẫn đến những thay đổi về số lượng nhiễm sắc thể được di truyền, dẫn đến các phần DNA nhiễm sắc thể bị thiếu, thừa hoặc không đều. Chúng có thể được chia thành hai loại chung: rối loạn số lượng và rối loạn cấu trúc. Rối loạn số lượng phát sinh khi sinh vật bị thiếu một nhiễm sắc thể hoặc có nhiều hơn số lượng nhiễm sắc thể bình thường. Hội chứng Down phát sinh ở người có ba bản sao của nhiễm sắc thể số 21 thay vì hai bản sao như bình thường. Hội chứng Turner là kết quả khi một người sinh ra chỉ có một nhiễm sắc thể giới tính, nhiễm sắc thể X, thay vì XX hoặc XY thông thường. Các đột biến xảy ra ngẫu nhiên và có thể có hại, trung tính hoặc đôi khi có lợi cho thế hệ con kế thừa.
