Evoluution kulku voidaan jakaa kolmeen vaiheeseen. Mikroevoluutiolla tarkoitetaan populaatiotason ja lajinsisäistä muutosta. Lajiutuminen johtaa uusien lajien syntymiseen, ja kolmanneksi makroevoluutio (ja megaevoluutio) uusien evolutiivisten innovaatioiden syntyyn. Sen seurauksena lajiryhmät erottuvat toisistaan ja syntyy uusia systemaattisia yksiköitä. Nämä vaiheet ovat hitaita, pitkiä ajanjaksoja vaativia, tai äkillisiä. Seuraavassa olisi tarkoitus valottaa mikroevoluutiota.
Geneettinen muuntelu tekee evoluution mahdolliseksi. Geneettinen muuntelu on populaation yksilöiden välisiä geneettisiä erilaisuuksia. Sen saavat aikaan erot nukleotideissa, jotka erot syntyvät mutaatioiden ja geenien kahdentumisten tuottamista uusista alleeleista ja uusista geeneistä. Eliöillä, joiden sukupolvet ovat lyhytikäisiä ja nopeasti lisääntyviä uudet geneettiset variantit syntyvät nopeasti. Suvullisesti lisääntyvillä eliöillä suurin osa geneettisistä eroavuuksista johtuu kromosomien crossing over -ilmiöstä, itsenäisestä kromosomien lajittumisesta ja hedelmöityksestä.
Populaatio on eliöyksilöiden muodostama paikallinen ryhmä, jonka jäsenet kuuluvat samaan lajiin. Sitä yhdistää geenipooli eli kaikkien populaatiossa esiintyvien alleelien kokonaisuus. Populaatio voi olla tasapainossa, kun alleeli- ja genotyyppifrekvenssit pysyvät vakioina. Sen edellytyksenä ovat populaation suuri yksilömäärä, pariutumisen satunnaisuus, mutaatioita tapahtuu mitättömän vähän eikä ole geenivirtaa toisista populaatioista eikä luonnonvalintaa. Tällöin ei evolutiivista kehitystä tapahdu.
Luonnonvalinta, geneettinen ajautuminen ja geenivirta voivat muuttaa populaation alleelifrekvenssejä. Luonnonvalinnassa yksilöt, joilla on tiettyjä perinnöllisiä piirteitä, jäävät juuri niiden piirteiden takia paremmin henkiin ja saavat enemmän jälkeläisiä kuin muunlaiset yksilöt (sopeutuneimman eloonjääminen). Geneettisessä ajautumisessa alleelifrekvenssien muutoksilla on taipumus sukupolvien yli vähentää geneettistä muuntelua. Aikaa myöten myös geenivirta eli populaatioiden välillä tapahtuva geenien vaihto myös vähentää geneettisiä eroja populaatioiden välillä.
Luonnonvalinta on ainoa keino aiheuttaa pysyvästi sopeutumista ja evoluutiota. Eliöllä on suurempi suhteellinen kelpoisuus kuin muilla, jos se saa enemmän hedelmällisiä jälkeläisiä kuin muut. Luonnonvalinnan ilmenemismuodot eroavat toisistaan vaikutukseltaan ilmiasuun eli fenotyyppiin. Suuntaava valinta johtaa fenotyyppistä (ja sen pohjana olevaa genotyyppistä) muuntelua johonkin yhteen suuntaan. Hajottava valinta taas suosii muuntelun ääripäitä ja johtaa kahden erilaisen yksilöjoukon syntyyn. Stabiloiva valinta puolestaan karsii ääripäitä ja suosii keskivertaisuutta.
Toisin kuin geneettinen ajautuminen ja geenivirta, luonnonvalinta lisää koko ajan niiden alleelien frekvenssejä, jotka edistävät eloonjäämistä ja jälkeläisten tuottoa. Niin ympäristöön sopeutuminen paranee.
Sukupuolivalinta voi johtaa sekundaarisiin sukupuoliominaisuuksiin, jotka antavat yksilöille etua pariutumisessa ja jälkeläisten saamisessa. Hyvänä esimerkkinä tästä ovat monien lintukoiraiden loisteliaat höyhenykset, joiden voisi luulla haittaavan elämistä (esim. Uuden-Guinean paratiisilinnut, kuvia).
Tasapainottava valinta suosii populaation monimuotoisuutta, polymorfismia.
On olemassa evoluutiota hillitseviä tekijöitä. Luonnonvalinta voi toimia vain olemassaolevan muuntelun puitteissa, eikä luoda uutta muuntelua. Se tapahtuu vain geneettisellä tasolla. Eliöiden rakenne on peräisin vain menneiden sukupolvien rakenteesta. Sopeutuminen on usein kompromissien tulosta, ja sattuma, luonnonvalinta sekä ympäristö ovat vuorovaikutuksessa.