В основі синтетичної теорії еволюції (СТЕ), або еволюційного синтезу, лежить все той же дарвінізм. Однак він доповнений відомостями з інших біологічних наук, в першу чергу генетики, а також екології, молекулярної біології, систематики та ін.

Багато особливості і закономірності еволюційного процесу, описані Дарвіном, не могли бути пояснені в повній мірі із-за недостатньої розвиненості наук в той час. Це послужило грунтом для обґрунтованої критики еволюційної теорії. Наприклад, Дженкін помітив, що будь-яка зміна, що виникла в однієї особини поступово розчиниться в результаті схрещування і, отже, не може закріпитися в результаті боротьби за існування (так званий «кошмар Дженкина»). Дарвін і його послідовники не могли навести контраргументи, так як мало уявляли собі дискретну природу спадковості, хоча і відкриту Менделем у 60-х роках XIX, але визнану в науці лише на початку XX століття.

Відкриття в галузі генетики, молекулярної біології, дослідження популяцій і прихід до розуміння, як і чому популяція є одиницею еволюції, призвели до того, що еволюційна теорія вже перестала бути чимось на зразок гіпотези, а була пояснена і багато в чому доведена. Були більш глибоко розкриті механізми еволюції, описані причини зміни генофонду популяції, відкрита роль ДНК як матеріальної основи спадковості і мінливості і багато іншого.

В синтетичної теорії еволюції важливе місце займає популяційно-генетичний підхід. Популяційна генетика вивчає, як рушійні сили еволюції впливають на зміну частот алелей у популяціях, просторову структуру популяцій, пояснює видоутворення.

У 30-х роках XX століття в працях Фішера, Холдейна і Добжанського була показана взаємозв’язок між ступенем генетичної мінливості популяції і швидкістю її еволюції.

У 1942 р. Хакслі запропонував поняття «еволюційний синтез», а в 1949 Сімпсон використовував термін «синтетична теорія еволюції».

Еволюція в СТЕ розглядається як процес поступовий процес зміни генофонду популяцій (змінюються частоти алелів різних генів, з’являються нові алелі і гени, інші зникають).

Згідно синтетичної теорії еволюції елементарною одиницею еволюції є популяція.

Під елементарними еволюційними факторами в СТЕ і популяційної генетики розуміють процеси, що змінюють набір і частоту алелів. Виділяють ряд основних еволюційних факторів (дещо по-різному в різних джерелах):

• Природний відбір в синтетичної теорії еволюції розглядається як найважливіший чинник еволюційного процесу. В результаті дії природного відбору більшою мірою відтворюються найбільш пристосовані до даної середовищі генотипи. Природний відбір може бути спрямований як проти певних алелів, так і певних генотипів (комбінацій алелів і генів).

• Боротьба за існування. Дарвін вважав її головним чинником еволюції, а природний відбір вже наслідком боротьби за існування.

• Мутаційний процес призводить до виникнення нового генетичного матеріалу (нових алелів генів або навіть нових генів). Хоча мутації відбуваються рідко і найчастіше шкідливі, саме вони багато в чому служать матеріалом для дії природного відбору.

• Потік генів — це зміна частот алелей в популяції в результаті міграції особин. Крім того, потік генів призводить до обміну генами між різними популяціями, що зменшує ймовірність їх розбіжності в процесі видоутворення.

• Дрейф генів увазі випадкові зміни частот алелей і пов’язаний з помилкою вибірки, чим і відрізняється від потоку генів. Дрейф генів при «ефект засновника» полягає у виникненні нової популяції з невеликої кількості мігруючих особин іншої популяції. Ці особи не несуть весь генофонд вихідної популяції, а лише частина алелей. Надалі при розмноженні і збільшення чисельності генофонд нової популяції буде відрізнятися від вихідної. Інший різновидом дрейфу генів є «ефект пляшкового горлечка», коли чисельність популяції різко знижується внаслідок дії несприятливих умов.

• Ізоляція — виникнення бар’єрів між популяціями, що перешкоджають схрещування особин і обміну генами. В результаті кожна популяція може піти своїм еволюційним шляхом.

В синтетичної теорії еволюції показано, як гетерозиготи (несучі зазвичай шкідливі рецесивні мутації) служать потенційним джерелом процесу еволюції. Рецесивні алелі майже ніколи повністю не елімінуються з популяції, а при малій кількості зберігаються в гетерозиготах.

Важливе значення в СТЕ приділяють рекомбінації генетичного матеріалу. Часто її розглядають як вторинний еволюційний фактор, що виникає на базі вище перерахованих первинних еволюційних факторів, які створюють мінливість за окремими генами, а вже рекомбінацію генів можна розглядати як вторинний процес.

Рекомбінація дає велику різноманітність генотипів в популяції навіть при малій кількості мутацій. Тобто при незначному рівні різноманітності по алелям спостерігається значний рівень різноманітності по генотипам (так як генотип складається з величезної кількості генів).

У будь-якому випадку мутаційна та рекомбінаційна мінливості поставляють матеріал для природного добору.

В результаті природного відбору у популяцій і видів з’являються адаптації до середовища існування, відбувається видоутворення (на рівні микроэволюции), виникнення великих таксонів (на рівні макроеволюції).