DNA muutused tekivad peamiselt looduslike vigade tõttu, mis tekivad DNA replikatsiooniprotsessi käigus. Need võivad juhtuda ka siis, kui üks või mitu keskkonnategurit mõjutavad DNA-d. DNA muutusi nimetatakse mutatsioonideks, olenemata nende päritolust.
Kogu DNA koosneb neljast erinevast alusest: tümiin (T), tsütosiin (C), adeniin (A) ja guaniin. Need alused seostuvad omavahel nn aluspaaridena. Koos suhkru- ja fosfaadimolekulidega moodustavad need paarid nukleotiidid, mis moodustavad topeltheeliksi DNA ahela, ja erinevused aluspaaride järjestustes on see, mis loob geneetilise dispersiooni.
Tavaliselt, kui DNA replitseeritakse, algab protsess valguga, mida nimetatakse DNA helikaasiks. See valk purustab alustevahelised sidemed, eraldades seeläbi DNA molekuli kaheks ahelaks. Teine valk, DNA polümeraas, kopeerib iga üksiku DNA ahela, nii et saab moodustada uue kaheahelalise DNA molekuli. Viga koopias juhtub umbes kord iga miljardi baasi kohta või isegi harvemini.
Nagu näitab loomulik DNA replikatsiooniprotsess, nõuab DNA, et nelja primaarse aluse vahelised keemilised sidemed oleksid stabiilsed. Mõned kemikaalid ja muud keskkonnategurid, nagu kiirgus, võivad muuta nukleotiidaluseid nii, et need jäljendavad teisi nukleotiidaluseid. Kui see juhtub, siis kui DNA replitseerub, aetakse muudetud alus sisuliselt segi teise alusega. Tulemuseks on see, et alused paarituvad valesti ja tekib mutatsioon.
Enamik evolutsioniste, kellest kõige kuulsam oli Charles Darwin, uskus, et liigid kohanevad DNA muutuste põhjal. Teooria on, et kasulikud geneetilised mutatsioonid muutuvad lõpuks tavaliseks. Näiteks võis geneetiline mutatsioon viia mõnedel kaelkirjakutel välja kuulsalt pikad kaelad. Pikema kaelaga inimestel võib olla parem juurdepääs toidule kõrgemal ja seetõttu võinuks suurem tõenäosus ellu jääda ja muteerunud geeni edasi anda.
Kuigi mõned DNA muutused võivad olla kasulikud, ei ole paljud seda kasulikud. Näiteks vähk, üks silmapaistvamaid DNA mutatsioonide näiteid, on paljudes kohtades peamine surmapõhjus. Sel põhjusel on paljud teadlased pühendanud oma jõupingutused DNA replikatsiooniprotsessi ja geneetiliste seisundite geeniteraapia abil ravimise kohta lisateabe saamiseks. Teadmised DNA muutuste kohta tekitavad ka mõningaid vaidlusi, näiteks loote abortide puhul, kelle test on teatud geneetiliste haiguste suhtes positiivne. Keskkonna- ja tervisekaitsjad on uurinud ka inimeste toodetavate kemikaalide mõju ja on näinud vaeva, et reguleerida aineid ja tavasid, mis on näidanud, et need põhjustavad DNA-ga seotud terviseprobleeme.