Mutasyonlar ve gen kopyalamaları, bir popülasyondaki tamamen yeni allellerin tek kaynağıdır. Gen düzeyinde ve kromozom düzeyindeki transkripsiyon hataları, genetik varyasyonun nihai kaynağıdır.
Gen mutasyonları, DNA nükleotit sekansında değişiklikler olduğunda ortaya çıkar. Bu değiştirilmiş dizilere alel denir. Cinsel olarak üreyen organizmalar, miras kalan orijinal genetik bilgilerin rekombinasyonlarını içeren gametler üretir. Bu rekombinasyon işlemi, mayozun geçit aşamasında gerçekleşir. Genetik rekombinasyonlar ayrıca döllenme işlemi sırasında veya mayotik bölünme sırasında kromozomların rastgele ayrılmasından kaynaklanabilir.
Kromozomal mutasyonlar, kalıtsal kromozom sayısında değişikliklere neden olarak kromozomal DNA'nın eksik, ekstra veya düzensiz kısımlarına neden olur. Bunlar iki genel tipe ayrılabilir: sayısal bozukluklar ve yapısal bozukluklar. Sayısal bozukluklar, organizma bir kromozomu eksikse veya normal kromozom sayısından daha fazlasına sahipse ortaya çıkar. Down Sendromu normal iki yerine üç kopya kromozom 21 olan insanlarda ortaya çıkar. Turner sendromu, bir kişi normal XX veya XY yerine, yalnızca bir cinsiyet kromozomuyla, X kromozomuyla doğduğunda ortaya çıkar. Mutasyonlar rastgele meydana gelir ve zararlı, nötr veya bazen miras kalan yavrulara faydalı olabilir.
