Specjacja opisuje powstawanie jednego lub więcej nowych gatunków z jednego lub czasami wielu gatunków pierwotnych. Powstałe w ten sposób gatunki są odrębne od gatunków rodzicielskich i zazwyczaj istnieją bariery dla reprodukcji. Istnieją dwa podstawowe mechanizmy, specjacja z izolacją geograficzną i bez niej – odpowiednio specjacja allopatryczna i sympatryczna.
W specjacji allopatrycznej przepływ genów między dwiema populacjami tego samego gatunku jest uniemożliwiony przez barierę geograficzną, taką jak pasmo górskie lub fragmentacja siedliska. Nazywa się to wikariatem. Na przykład susza może spowodować obniżenie poziomu wody w dużym jeziorze, pozostawiając dwa lub więcej mniejszych zbiorników wodnych, w których mieszkańcy są odcięci od siebie.
W izolacji osobniki w tych populacjach mogą stawić czoła różnym presjom zewnętrznym, takim jak klimat, dostępność zasobów lub drapieżnictwo. Te różnice w doborze naturalnym w połączeniu z dryfem genetycznym i mutacjami na przestrzeni wielu pokoleń separacji ostatecznie prowadzą do tego, że te dwie populacje stają się odrębnymi gatunkami. Zaobserwowano to w jeziorach zawierających afrykańskie ryby pielęgnicowate, które prezentują szeroką gamę gatunków, z których wiele prawdopodobnie wyewoluowało z powodu allopatrii.
Dyspersja może również powodować specjację allopatryczną. Na przykład pasożytniczy gatunek ukwiału Edwardsiella lineata żyje na wschodnim wybrzeżu Ameryki Północnej. Ma blisko spokrewniony gatunek siostrzany, E. carnea, który zamieszkuje oceany wybrzeży Szwecji i Norwegii. Rozprzestrzenianie się E. lineata – prawdopodobnie przenoszonych w stadium larwalnym jako pasożyty w galaretkach grzebieniowych – mogło doprowadzić do powstania nowej populacji na wybrzeżu Skandynawii. Ta nowa i genetycznie odizolowana populacja z czasem rozdzieliła się, stając się odrębnym gatunkiem znanym obecnie jako E. carnea.
Specjacja może również zachodzić bez barier geograficznych. Na przykład niektóre jeziora kraterowe na Islandii zawierają wiele nowych, blisko spokrewnionych gatunków ryb, które prawie na pewno ewoluowały w harmonii, ponieważ izolacja geograficzna jest niemożliwa ze względu na kształt ich siedliska. Jednak specjacja sympatryczna jest prawdopodobnie trudniejsza do osiągnięcia. W sympatrii gatunki wchodzące w skład zespołu nadal stykają się ze sobą i potencjalnie krzyżują się i wymieniają geny. Rekombinacja chromosomów prawdopodobnie zachodziłaby często, przynajmniej na początku separacji, i rozbijałaby grupy współadaptowanych genów potrzebnych do tworzenia nowych gatunków. Chociaż jest to mniej powszechne niż specjacja allopatryczna, istnieją przykłady dywergencji genetycznej i specjacji w sympatrii. Zmiany są napędzane przez takie czynniki, jak różnicowanie siedlisk, dobór płciowy i poliploidalność, które tworzą bariery dla wymiany informacji genetycznej.
Specjacja sympatryczna może wystąpić, gdy podzbiory gatunku ewoluują, aby eksploatować różne siedliska lub zasoby na tym samym obszarze geograficznym. Na przykład podgatunki zięby średniej wielkości, Geospiza fortis, znalezione na wyspie Santa Cruz na Galapagos, wykazują oznaki rozbieżności genetycznej w zależności od wielkości dzioba. Morfologia dzioba u tego gatunku jest zgodna z dwoma różnymi ideałami wielkości – małym i dużym – w oparciu o wielkość i twardość nasion, w których spożywaniu się specjalizują (przykład zróżnicowania siedlisk). Jednak ze względu na dobór naturalny, ptaki o średnich rozmiarach dziobów były selekcjonowane, ponieważ przeżywały w niższym tempie.
Nowe gatunki mogą być również tworzone przez poliploidalność – mechanizm, który jest stosunkowo powszechny u roślin. Zwykle jest to spowodowane przypadkowymi błędami podczas podziału komórki, które skutkują dodatkowymi zestawami chromosomów. Wytworzone w ten sposób hybrydy poliploidalne prawdopodobnie nie będą w stanie kojarzyć się z diploidalnymi liniami rodzicielskimi, a zamiast tego wydadzą płodne potomstwo poprzez samozapylenie lub kojarzenie się z innymi hybrydami poliploidalnymi. Dlatego taka specjacja poliploidalna może wygenerować nowe gatunki roślin w ciągu jednego pokolenia. Analizy sugerują, że od 47% do 100% gatunków roślin kwitnących można prześledzić wstecz do zdarzenia poliploidalnego w pewnym momencie ich historii ewolucyjnej.
