Seleção natural (AO 1945: Selecção natural) é o processo proposto por Charles Darwin e Alfred Wallace, os dois responsáveis pela teoria da evolução por seleção natural. A alta fecundidade e a recorrente competição pela sobrevivência em cada espécie geram o pressuposto para esse processo. Outros mecanismos de evolução das espécies incluem a deriva genética, o fluxo gênico, as mutações e o isolamento geográfico.

O conceito básico de seleção natural é que características favoráveis que são hereditárias tornam-se mais comuns em gerações sucessivas de uma população de organismos que se reproduzem, e que características desfavoráveis que são hereditárias tornam-se menos comuns. A seleção natural age no fenótipo, ou nas características observáveis de um organismo, de tal forma que indivíduos com fenótipos favoráveis têm mais chances de sobreviver e se reproduzir do que aqueles com fenótipos menos favoráveis. Gradativamente, desenvolveu-se a ideia de diversidade de espécies, decorrente da especiação. Em uma população, indivíduos de uma espécie apresentam variações (variações intraespecíficas). As variações podem ou não serem úteis à sobrevivência e à reprodução dos indivíduos. Em outras palavras, as variações são vantajosas ou desvantajosas a depender das condições ambientais ou nicho ecológico. Os indivíduos que possuem variações favoráveis ou vantajosas, nas condições ambientais específicas, levam vantagem na competição com outros indivíduos que não possuem variações úteis à sobrevivência no ambiente específico. Os indivíduos que possuem as variações vantajosas sobrevivem mais e se reproduzem mais, e assim prevalecem em quantidade dentro da população, portando as variações vantajosas. Ao longo do tempo geológico, os indivíduos com as variações vantajosas são diferentes da população original, isto é, formam agora uma população de uma nova espécie, uma espécie diferente. Então, podemos dizer que as variações intraespecíficas levaram à produção de variações interespecíficas.

Dito de outro modo, os fenótipos apresentam uma base genética, então o genótipo associado com o fenótipo favorável terá sua frequência aumentada na geração seguinte. Com o passar do tempo, o mecanismo de seleção natural resulta em adaptações que especializarão organismos em nichos ecológicos particulares e pode resultar na emergência de novas espécies. A seleção natural não distingue entre seleção ecológica e seleção sexual, na medida em que ela refere-se às características, por exemplo, destreza de movimento, nas quais ambas podem atuar simultaneamente. Se uma variação específica torna o descendente que a manifesta mais apto à sobrevivência e à reprodução bem sucedida, esse descendente e sua prole terão mais chances de sobreviver do que os descendentes sem essa variação.

A seleção natural tardia diminui a variabilidade genética, assim, quanto mais intensa a seleção natural sobre um determinado grupo de indivíduos menor será sua variabilidade, pois há a seleção dos genótipos. O processo atua em todas as populações, mesmo em ambientes regulares, eliminando os fenótipos desviantes. A heterogeneidade espacial e temporal concede diferentes impactos seletivos sobre o conjunto gênico da população, impedindo a eliminação de determinados genes que não seriam mantidos em um ambiente estável. Exemplo disso é o que acontece com o aperfeiçoamento na população humana de genes que normalmente seriam eliminados, como o gene que causa a anemia falciforme.

As características originais, bem como as variações que são inadequadas dentro do ponto de vista da adaptação, deverão desaparecer conforme os descendentes que as possuem sejam substituídos pelos parentes mais bem-sucedidos. Assim, certas caraterísticas são preservadas devido à vantagem seletiva que conferem a seus portadores, permitindo que um indivíduo deixe mais descendentes do que os indivíduos sem essas características. Eventualmente, através de várias interações desses processos, os organismos podem acabar desenvolvendo características adaptativas mais e mais complexas.

A seleção natural pode forçar algumas populações mudarem suas características – a evoluir. As atividades antrópicas também alteram as condições ambientais e há impactos na sobrevivência e reprodução dos indivíduos. Um exemplo conhecido é o das mariposas Biston betularia. Por volta do ano de 1850, durante a Revolução Industrial na Inglaterra, essas mariposas, sendo anteriormente as brancas com manchas negras predominantes da região, passaram a ter a forma negra dominante, por conta da poluição do ambiente (melanismo industrial). Logo, ambientes afetados por diferentes graus de poluição, influenciaram na evolução do melanismo da mariposa, e modificaram também as características físicas de outras espécies.