A teoria da seleção natural de Darwin lançou a fundação para a teoria evolutiva moderna. No entanto, faltava uma explicação adequada para a fonte de variação nas populações. Como muitos dos seus antecessores, Darwin deduziu incorretamente que as características hereditárias eram produto do ambiente, assumindo que as características adquiridas durante a vida de um organismo podem ser passadas à descendência (por exemplo, girafas esticam-se para alcançar folhas nos ramos mais altos e dão origem a descendentes com pescoços mais compridos). Este conceito errado (da herança dos caracteres adquiridos) ficou conhecido como Lamarckismo, em honra de um dos seus principais proponentes, Jean Baptiste Lamarck (1744–1829). Contudo, a sugestão que estruturas corporais usadas frequentemente tornam-se mais desenvolvidas, enquanto que estruturas não usadas deterioram-se, não é suportada por qualquer evidências.
A informação em falta necessária para explicar o surgimento de novas características em descendentes foi fornecido pelo trabalho pioneiro em genética de Gregor Mendel (1822–1884). As experiências de Mendel em cruzamentos de ervilheiras demonstraram que a hereditariedade funciona baralhando e recombinando "factores" (o que agora conhecemos como genes) durante a reprodução sexual. Os genes são as unidades básicas de hereditariedade nos seres vivos. Eles contêm a informação biológica que dirige o desenvolvimento físico e o comportamento do organismo. É este baralhar do código genético que assegura que não há dois indivíduos que sejam cópias exatas um do outro. A fusão da teoria de Darwin com a compreensão da hereditariedade levou a uma compreensão clara dos mecanismos que provocam evolução.
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