Protok gena je prijenos alela, različitih oblika gena koji kodiraju specifične osobine, između različitih populacija pojedinaca. To može povećati genetsku raznolikost u nekim slučajevima, au drugim je smanjiti, ovisno o okolnostima. Javlja se i unutar populacija iste vrste i u populacijama različitih vrsta, u nekim slučajevima. Prijenos gena trans vrsta je rjeđi i obično se viđa među bakterijama, koje imaju sposobnost prijenosa gena preko vrsta uz korištenje posebnih proteina zvanih plazmidi.
U jednostavnom primjeru toka gena, populacije divljeg cvijeća s obje strane kultivirane površine bile bi odvojene udaljenosti i mogle bi početi razvijati malo drugačije osobine, poput ljubičastog naspram plavog cvijeća. Kukci, životinje ili poljoprivredna oprema mogli bi prenositi pelud s jedne strane na drugu, unoseći nove alele populaciji. Ljubičasti cvjetovi mogu razviti više plavih primjeraka, i obrnuto.
Životinjske populacije često doživljavaju protok gena kao rezultat migracije. To se može izrazito vidjeti u ljudskim populacijama. U Sjedinjenim Državama, na primjer, ljudi mješovitih rasa s alelima nekoliko podrijetla ističu ulogu koju su migranti igrali u povijesti te zemlje. Migracija ne mora biti trajna da bi imala genetski utjecaj, sve dok putnici imaju dovoljno vremena da se razmnožavaju sa stanovnicima i iza sebe ostave genetsko naslijeđe.
Neki oblici protoka gena poboljšavaju biološku raznolikost. Oni uvode nove osobine u populaciju, što može povećati otpornost i raznolikost. U drugim slučajevima mogu ograničiti prirodne varijacije. Dominantna osobina mogla bi brzo izbrisati krhkiju recesivnu, na primjer, osobito u maloj, izoliranoj populaciji. S vremenom bi neznatno različite populacije mogle postati homogenije prirode, bez vlastitih posebnih osobina.
To može biti problem s biljnim i životinjskim populacijama na udaljenim otocima i drugim izoliranim područjima. Oni se mogu početi specirati, dijeleći se na populacije s izrazitim i jasnim razlikama. Ako se unese genetski materijal iz drugog izvora, te se razlike mogu izbrisati, a jedinstvene osobine razvijene u tom okruženju mogu se izgubiti. Ekolozi koji rade u sredinama osjetljivim na ovo pitanje poduzimaju mjere opreza kako bi izbjegli unošenje neželjenog genetskog materijala u svoj terenski rad.
Neto učinak ovog fenomena može ovisiti o uključenim genima i populaciji. Ponekad su svježe infuzije alela kroz protok gena kritične za opstanak, kao što se vidi kod židovske populacije Aškenaza, gdje mnogi ljudi nose opasne genetske osobine kao rezultat povijesno otočne kulture. Brakovi s ljudima iz drugih regija mogu smanjiti rizik od braka između dvoje nositelja koji bi mogao rezultirati djetetom s genetskim poremećajem.