Theo thuyết  Chọn lọc tự nhiên của Darwin, nhiều sinh vật sinh ra lượng con cháu lớn hơn số có khả năng sống sót. Một số con cái mang những biến dị giúp chúng có ưu thế cạnh tranh, và do vậy chúng có cơ hội tốt nhất để sống sót và sinh sản. Yếu tố quan trọng còn thiếu trong thuyết tiến hóa Darwin đó chính là một cơ chế nào đó cho phép sinh vật có thể truyền lại những biến dị ưu thế của chúng cho các thế hệ sau. Việc thiếu một cơ chế tiến hóa như thế khiến thuyết Darwin phải đối mặt với sự công kích từ những thuyết như thuyết Lamarc mới, mà trong đó môi trường có vai trò tác động trực tiếp lên sinh vật, làm thay đổi cấu trúc của chúng. Darwin không biết rằng Gregor Mendel, một thầy tu đã tiến hành các thí nghiệm giải thích tính di truyền của những đơn vị mà ngày nay chúng ta gọi là các gen.[4]

Khi di truyền học Mendel được khám phá lại bởi một số nhà khoa học, thoạt đầu nó làm tăng thêm sự nhầm lẫn. Nhà thực vật học người Hà Lan, Hugo de Vries đã phát triển một thuyết gọi là thuyết đột biến mà theo đó hầu hết các biến dị xuất hiện riêng lẻ và không thể dẫn đến sự biến đổi của loài. Thay vào đó, loài mới được hình thành bởi các đột biến lớn.[4] Lúc đầu, các nhà di truyền học có xu hướng ủng hộ thuyết đột biến, tuy nhiên trong những năm 1920 và 1930 một nhóm các nhà lý thuyết di truyền học– đặc biệt là Ronald Fisher, J. B. S. Haldane và Sewall Wright – cho thấy rằng quy luật của Mendel có thể giải thích được các biến dị liên tục biểu hiện ở các tính trạng sinh học; và chọn lọc tự nhiên có thể hoạt động bằng cách tích lũy liên tục các biến dị, dần dà dẫn đến sự thay đổi lớn. Những nghiên cứu của họ đã hình thành một bộ khung lý thuyết cho sự hợp thành của di truyền vào học thuyết tiến hóa.

Nhiều nhà sinh vật học đã chia thành hai trường phái: các nhà di truyền học, những người chủ yếu làm việc trong phòng thí nghiệm, và các nhà tự nhiên học, những người nghiên cứu quần thể tự nhiên trên thực địa và trong viện bảo tàng, đã đặt nhiều nỗ lực của họ vào nghiên cứu phân loại học. Mỗi nhóm đều đóng góp những khái niệm thiết yếu cho sự hiểu biết về tiến hóa. Các nhà tự nhiên học đã đưa ra khái niệm loài sinh học, định nghĩa loài như một cộng đồng cá thể, bị cách ly về mặt sinh sản và chiếm lĩnh một ổ sinh thái riêng biệt.[5]:273 Họ cũng nhận thấy rằng loài có nhiều kiểu dạng, có những biến đổi theo không gian, thời gian, và rằng tập tính cùng những thay đổi về chức năng có thể dẫn đến sự biến đổi của loài trong quá trình tiến hóa.[5]:570

Hai nhóm nghiên cứu đã sử dụng những phương pháp và thuật ngữ khác nhau. Điều này dẫn đến những khó khăn khi giao tiếp và trao đổi với nhau. Họ thường tranh luận với nhau trong một vài chủ đề học thuật hạn hẹp và thường không tôn trọng quan điểm của nhau. Theo như nhà cổ sinh vật học George Gaylord Simpson đã nói thì các nhà cổ sinh vật học đều cho rằng "một nhà di truyền học là một người tự đóng cửa nhốt mình trong một căn phòng, kéo rèm cửa xuống rồi ngồi nhìn những con ruồi nhỏ nhảy múa với nhau trong những chai sữa, và cứ nghĩ rằng mình đang nghiên cứu về tự nhiên." Trong khi đó, các nhà di truyền học thì cho rằng nhà tự nhiên học cũng "giống như một người muốn nghiên cứu những nguyên lý của động cơ đốt trong mà lại chỉ đứng ở một góc phố rồi nhìn những chiếc xe ô tô vèo vèo chạy qua."[6]