En populasjon består av individer med ulike genvarianter (alleler). Variasjonen kommer fra mutasjoner, og fra rekombinasjon ved overkrysning i meiosen og ved tilfeldig befruktning. Det blir født flere avkom enn det er mat og plass til, så individene konkurrerer.

Naturlig seleksjon virker på fenotypen. De individene som har egenskaper som gir god overlevelse og mange avkom i akkurat dette miljøet, har høy fitness. Siden egenskapene er arvelige, blir allelene bak dem overført til flere avkom enn de andre allelene. Allelfrekvensen for de gunstige allelene øker fra generasjon til generasjon, mens de ugunstige blir sjeldnere. Det er nettopp denne endringen i allelfrekvenser som er en endring av den genetiske sammensetningen — altså evolusjon.

Et eksempel er antibiotikaresistens. I en bakteriepopulasjon finnes det tilfeldigvis noen få bakterier med et allel som gir resistens. Uten antibiotika gir allelet ingen fordel, og det er sjeldent. Brukes antibiotika, dør de fleste bakteriene, mens de resistente overlever og deler seg. Etter kort tid har nesten alle bakteriene i populasjonen resistensallelet.

Hvordan sammensetningen endrer seg, kommer an på hvilken type seleksjon som virker. Retningsbestemt seleksjon favoriserer den ene ytterkanten av variasjonen, slik at allelene bak den fenotypen øker. Stabiliserende seleksjon favoriserer mellomformene og holder allelfrekvensene nokså uendret. Splittende seleksjon favoriserer begge ytterkantene. Recessive alleler blir sjelden fjernet helt av seleksjonen, fordi de kan gjemme seg hos friske, heterozygote bærere.