Asam deoksiribonukleat, atau DNA, adalah molekul yang membawa informasi yang diperlukan untuk menciptakan dan mempertahankan kehidupan. DNA terbuat dari serangkaian nukleotida, 4 bahan kimia kecil yang berantai bersama. Urutan bahan kimia ini dapat dibaca oleh enzim dan organel khusus di dalam sel untuk menghasilkan protein baru. Protein-protein ini memiliki berbagai fungsi, dan menentukan bagaimana fungsi sel dalam lingkungannya.

Karena protein pertama dan konstituen seluler teragregasi membentuk sel replikasi diri pertama, interaksi antara DNA dan lingkungan telah mendorong adaptasi. Organisme bersel tunggal hanya mengandalkan adaptasi molekuler, karena struktur dasarnya melarang sifat kompleks mengembangkan anggota badan baru lainnya. Sebaliknya, adaptasi dalam prokariota berasal dari mutasi yang menguntungkan dalam DNA mereka yang menciptakan protein baru atau mengubah efek dari protein saat ini. Reaksi kimia yang dimungkinkan oleh protein ini memungkinkan organisme untuk mengumpulkan nutrisi, tumbuh, dan membagi secara lebih efisien. Adaptasi akan bertahan dalam populasi selama meningkatkan kebugaran dan reproduksi.

Pada eukariot dan spesies multi-seluler, proses mutasi juga mendorong adaptasi. Seperti pada prokariota, DNA dikendalikan oleh sistem protein yang berinteraksi dengan lingkungan, yang dikenal sebagai epigenom. Pada eukariota, kompleksitas sistem ini meningkat. Adaptasi dapat mempengaruhi organisme pada tingkat apa pun, dari menciptakan cara yang berbeda untuk mereplikasi DNA hingga mengembangkan organel dan struktur tubuh yang sepenuhnya baru. Penelitian telah menunjukkan bahwa mutasi sering merusak, atau tidak menyesuaikan organisme dengan lingkungan. Mutasi-mutasi ini biasanya tidak dianggap sebagai adaptasi karena mereka tidak bertahan dalam populasi pada tingkat tinggi. Namun, karena lingkungan mengubah sifat-sifat yang tidak disesuaikan dapat menjadi menguntungkan dan bertahan sebagai adaptasi terhadap skenario baru.