Prirodna selekcija je teorija koju je izvorno popularizirao Charles Darwin. Prema ovoj teoriji, životinje u prirodnom okolišu se s vremenom mijenjaju jer se korisne osobine čuvaju, a osobine koje ne unaprijeđuju vrstu polako se uklanjaju. Ljudi ponekad brkaju ovu teoriju s evolucijom; zapravo, to je samo jedna komponenta moderne evolucijske sinteze koja objašnjava kako se vrste razvijaju i mijenjaju tijekom vremena.
Prema Darwinovoj teoriji, objavljenoj 1859. u The Origin of Species, s obzirom na bilo koju životinjsku populaciju, može biti prisutan širok raspon osobina. Ako životinja razvije osobinu koja joj pomaže da preživi, veća je vjerojatnost da će tu osobinu prenijeti na buduće generacije, što će na kraju rezultirati raširenom pojavom te osobine kako se uzastopne generacije razmnožavaju. To bi potencijalno moglo rezultirati pojavom potpuno nove vrste tijekom vremena.
Jedan klasični primjer prirodne selekcije je papreni moljac u Engleskoj. Kad se dogodila industrijska revolucija, ogromne količine ugljena i drugih čestica ušle su u zrak, zacrnivši drveće oko nekih tvornica. Bijeli papreni moljci izrazito su se isticali na stablima drveća, što ih je činilo lakom metom za ptice, dok su tamniji moljci mogli ostati skriveni, prenoseći gene za tamnu obojenost budućim generacijama jer su živjeli dovoljno dugo za razmnožavanje. Naposljetku, populacija je prvenstveno postala mračna, a ovaj proces je preokrenut kada je Engleska počela uvesti standarde čistog zraka, smanjujući zagađenje i dopuštajući drveću da se vrati u prirodniju nijansu koja je pogodovala blijedim moljcima.
Darwin je usporedio prirodnu selekciju s umjetnom selekcijom koju su demonstrirali ljudi kada uzgajaju biljke i životinje za korisne osobine. Iako Darwin nije razumio genetiku, znao je da ljudi poput uzgajivača konja mogu iznijeti najbolje osobine u uzastopnim generacijama životinja i da se sličan proces mora dogoditi u prirodi.
Jedan od glavnih problema s prirodnom selekcijom kao samostalnom teorijom je da bi to značilo da bi vrste s vremenom trebale postati homogene jer su životinje s pozitivnim osobinama dominirale genskim fondom. Kao što pokazuje ogromna raznolikost kod većine vrsta, to nije slučaj zbog stvari kao što su genetski drift i spontane mutacije, koje osiguravaju da genetski fond ne postane previše pojednostavljen.
Iako Darwinova teorija sama po sebi nije bila dovoljna da objasni proces evolucije, ona je postavila temelje, a znanstvenici 20. stoljeća su je izgradili 1930-ih kako bi došli do potpunijeg niza međusobno povezanih teorija nasljeđivanja. Prirodna selekcija može se vidjeti na različitim razinama, od razvoja bakterija otpornih na antibiotike do varijacija u boji cvijeća koje živi u različitim sredinama.