Há agora uma série de exemplos de seleção natural em populações naturais.
Resistência antibiótica
Um exemplo bem conhecido de seleção natural em ação é o desenvolvimento da resistência aos antibióticos em microorganismos. Desde a descoberta da penicilina em 1928 por Alexander Fleming, os antibióticos têm sido usados para combater doenças bacterianas. As populações naturais de bactérias contêm, entre seu vasto número de membros individuais, variações consideráveis em seu material genético, como resultado de mutações. Quando expostas a antibióticos, a maioria das bactérias morre rapidamente, mas algumas têm mutações que as tornam ligeiramente menos suscetíveis. Se a exposição aos antibióticos for curta, estes indivíduos sobreviverão ao tratamento. A eliminação de indivíduos que não têm resistência é um exemplo de seleção natural.
Com tempo suficiente e exposição repetida ao antibiótico, surgirá uma população de bactérias resistentes aos antibióticos. Isto leva ao que é conhecido como uma corrida armamentista evolutiva, ou co-evolução, na qual as bactérias continuam a desenvolver estirpes menos suscetíveis aos antibióticos, enquanto os pesquisadores médicos continuam a desenvolver novos antibióticos que podem matá-los. As estratégias de resposta normalmente incluem o uso de antibióticos diferentes e mais fortes; no entanto, recentemente surgiram novas cepas de MRSA que são resistentes até mesmo a esses medicamentos. Uma situação semelhante ocorre com a resistência a pesticidas em plantas e insetos, e com a resistência malária ao quinino.
Camuflagem
Um estudo de caso famoso é o estudo da evolução da traça apimentada, e há muitos outros exemplos. A maioria destas traças voadoras diurnas eram de cor clara, mas apenas algumas delas eram escuras. No início, as traças de cor clara sobreviveram melhor porque estavam camufladas contra a cor clara das árvores próximas. Isto tornava difícil para as aves vê-las.
Quando as fábricas foram construídas, a poluição fez com que todas as árvores parecessem negras. Agora as traças de cor clara eram óbvias contra a casca escura. As traças de cor escura tinham a vantagem depois que o ambiente mudou. Os genes que controlavam a cor escura se espalharam pela população de mariposas. Após a segunda guerra mundial, os controles contra a poluição funcionaram para tornar o ambiente mais limpo. Então, as mariposas mais claras novamente tiveram a vantagem, e agora são muito mais comuns.
Mimicry é outro exemplo: Alguns insetos inofensivos imitam outros insetos que são perigosos, ou que têm mau gosto. Mimicry evolui porque os melhores mímicos sobrevivem melhor. Eles vivem para produzir mais descendência do que os mímicos menos bons. Os genes das melhores mímicas se tornam mais comuns na espécie. Com o tempo, as espécies de mímica se aproximam de seus modelos.