A variabilidade genética dos indivíduos de uma população contribui para o seu sucesso evolutivo, uma vez que, num ambiente em mudança, pelo menos alguns dos membros da população estarão aptos a sobreviver.
As fontes de variabilidade genética das populações são a reprodução sexuada e as mutações. A reprodução sexuada combina, de múltiplas formas, referidas na página anterior, os genes existentes na população. As mutações criam novos genes (mutação génica) ou novos cromossomas (mutação cromossómica).
Claramente vantajosa num ambiente em mudança, a reprodução sexuada verifica-se na maioria dos animais e das plantas. É também comum a alternância entre a reprodução assexuada e a reprodução sexuada em muitas espécies. Seres vivos que geralmente se reproduzem assexuadamente, ocasionalmente reproduzem-se sexuadamente, criando novas combinações de genes, como é o caso, por exemplo, do plasmódio, parasita responsável pela malária.
A reprodução sexuada implica a formação de gâmetas, a qual ocorre em estruturas especializadas - as gónadas ou os gametângios.
As gónadas são os órgãos produtores de gâmetas nos animais. As gónadas femininas são os ovários e as gónadas masculinas são os testículos. Nos ovários e testículos são produzidos, respectivamente, os gâmetas femininos, ou óvulos, e os gâmetas masculinos, ou espermatozóides. Os gâmetas dos animais são haplóides e formam-se por meiose. O gâmeta feminino é relativamente grande e imóvel, ao contrário do gâmeta masculino, bastante mais pequeno e móvel.
Em certas plantas, os gâmetas são produzidos em gametângios. O gametângio feminino chama-se arquegónio e o gametângio masculino chama-se anterídio. O arquegónio é um órgão em forma de vaso que produz uma única oosfera e o anterídio produz numerosos gâmetas masculinos, os anterozóides, que são libertados para o meio ambiente, quando se encontram maduros. Os anterozóides são células móveis que se deslocam em ambiente húmido até à oosfera, a qual é fecundada dentro do arquegónio, iniciando-se o desenvolvimento do zigoto.
Muitas plantas, e alguns animais, são hermafroditas, isto é, possuem simultaneamente os sistemas reprodutores feminino e masculino, pelo que produzem os dois tipos de gâmetas. A autofecundação é vantajosa em organismos imóveis ou em parasitas que têm dificuldade em encontrar um parceiro do sexo oposto. No entanto, alguns organismos hermafroditas não são capazes de se autofecundar, pelo que recorrem à fecundação cruzada em que cada organismo funciona, simultaneamente, como macho e fêmea, dando e recebendo gâmetas masculinos. Produz-se, assim, o dobro da descendência, com maior variabilidade. A fecundação cruzada ocorre em muitas plantas e em alguns animais, como as minhocas e os caracóis.
