Spremembe DNK se pojavljajo predvsem zaradi naravnih napak, ki se pojavijo med procesom replikacije DNK. Lahko se zgodijo tudi, ko eden ali več okoljskih dejavnikov deluje na DNK. Spremembe DNK so znane kot mutacije, ne glede na njihov izvor.
Vsa DNK je sestavljena iz štirih različnih baz: timina (T), citozina (C), adenina (A) in gvanina. Te baze se vežejo skupaj v tako imenovani bazni pari. Skupaj z molekulami sladkorja in fosfata ti pari tvorijo nukleotide, ki sestavljajo verigo dvojne vijačnice DNK, razlike v zaporedjih baznih parov pa so tisto, kar ustvarja genetsko varianco.
Običajno, ko se DNK replicira, se proces začne z beljakovino, imenovano DNK helikaza. Ta protein prekine vezi med bazami in s tem loči molekulo DNK na dve verigi. Drugi protein, DNA polimeraza, kopira vsako posamezno verigo DNK, tako da se lahko tvori nova dvoverižna molekula DNK. Napaka v kopiji se zgodi približno enkrat na milijardo baz ali celo redkeje.
Kot kaže naravni proces replikacije DNK, DNK zahteva, da so kemične vezi med štirimi primarnimi bazami stabilne. Nekatere kemikalije in drugi okoljski dejavniki, kot je sevanje, lahko spremenijo nukleotidne baze, tako da posnemajo druge nukleotidne baze. Če se to zgodi, ko se DNK podvoji, se spremenjena baza v bistvu zamenja za drugo bazo. Posledica tega je, da se baze napačno združijo in pride do mutacije.
Večina evolucionistov, med katerimi je morda najbolj znan Charles Darwin, je verjela, da se vrste prilagajajo na podlagi sprememb DNK. Teorija je, da bodo genetske mutacije, ki so koristne, sčasoma postale pogoste. Na primer, genetska mutacija je morda povzročila, da so nekatere žirafe razvile svoje slavno dolge vratove. Tisti z daljšim vratom bi lahko imeli boljši dostop do hrane višje in bi zato verjetno imeli večjo verjetnost, da bodo preživeli in prenesli mutirani gen.
Čeprav so nekatere spremembe DNK lahko koristne, mnoge niso. Rak, na primer, eden najbolj opaznih primerov mutacije DNK, je marsikje glavni vzrok smrti. Zaradi tega so številni znanstveniki posvetili svoja prizadevanja, da bi izvedeli več o procesu replikacije DNK in kako zdraviti genetske bolezni z gensko terapijo. Poznavanje o spremembah DNK prav tako povzroča nekaj polemik, na primer pri splavih plodov, pri katerih so bili pozitivni testi na določene genetske bolezni. Zagovorniki okolja in zdravja so preučevali tudi učinke kemikalij, ki jih proizvajajo ljudje, in so se trudili uravnavati snovi in prakse, za katere se je izkazalo, da povzročajo zdravstvene težave, povezane z DNK.