Naravna selekcija je teorija, ki jo je prvotno populariziral Charles Darwin. Po tej teoriji se živali v naravnem okolju sčasoma spreminjajo, saj se ohranijo koristne lastnosti, lastnosti, ki ne napredujejo v vrsti, pa se počasi izločijo. Ljudje včasih zamenjujejo to teorijo z evolucijo; pravzaprav je le ena komponenta sodobne evolucijske sinteze, ki pojasnjuje, kako se vrste razvijajo in spreminjajo skozi čas.
Glede na Darwinovo teorijo, objavljeno leta 1859 v The Origin of Species, je glede na vsako živalsko populacijo lahko prisotna široka paleta lastnosti. Če žival razvije lastnost, ki ji pomaga pri preživetju, bo večja verjetnost, da bo to lastnost prenesla na prihodnje generacije, kar bo sčasoma povzročilo razširjen pojav te lastnosti med razmnoževanjem naslednjih generacij. To bi lahko sčasoma povzročilo nastanek povsem nove vrste.
Klasičen primer naravne selekcije je peppered molj v Angliji. Ko se je zgodila industrijska revolucija, so v zrak prišle ogromne količine premoga in drugih delcev, zaradi česar so drevesa okoli nekaterih tovarn postala črna. Beli poprani molji so močno izstopali na drevesnih deblih, zaradi česar so bile lahke tarče za ptice, medtem ko so temnejši molji lahko ostali prikriti in prenašali gene za temno obarvanost na prihodnje generacije, ker so živeli dovolj dolgo za razmnoževanje. Sčasoma je prebivalstvo postalo pretežno temno in ta proces se je obrnil, ko je Anglija začela uvajati standarde čistega zraka, zmanjševati onesnaževanje in omogočati, da se drevesa vrnejo v bolj naraven odtenek, ki je favoriziral blede molje.
Darwin je naravno selekcijo primerjal z umetno selekcijo, ki jo pokažejo ljudje, ko vzrejajo rastline in živali za koristne lastnosti. Čeprav Darwin ni razumel genetike, je vedel, da so ljudje, kot so rejci konj, sposobni razkriti najboljše lastnosti v zaporednih generacijah živali in da se podoben proces mora zgoditi v naravi.
Eno od večjih težav z naravno selekcijo kot samostojno teorijo je, da bi to pomenilo, da bi morale vrste sčasoma postati homogene, saj so živali s pozitivnimi lastnostmi prevladovale v genskem bazenu. Kot kaže ogromna raznolikost pri večini vrst, temu ni tako zaradi stvari, kot so genetski premik in spontane mutacije, ki zagotavljajo, da genski sklad ne postane preveč poenostavljen.
Čeprav Darwinova teorija sama po sebi ni zadostovala za razlago procesa evolucije, je postavila temelje in znanstveniki 20. stoletja so jo nadgradili v tridesetih letih prejšnjega stoletja, da bi pripravili popolnejšo serijo medsebojno povezanih teorij dedovanja. Naravno selekcijo lahko opazimo pri delu na različnih ravneh, od razvoja bakterij, odpornih na antibiotike, do barvnih variacij cvetov, ki živijo v različnih okoljih.