A pleiotropia tem significado para a teoria da evolução. Tem sido frequentemente afirmado que algumas características hereditárias dos animais não são o produto de adaptação por seleção natural. Muito disto pode ser explicado pelo pleiotropismo. Uma seleção forte para um ou dois aspectos da função genética trará automaticamente alguns outros traços pleiótropicos. Esses outros traços, embora herdados, podem ser neutros ou até ligeiramente deletérios em termos de seleção.
A pleiotropia antagônica se refere à expressão de um gene que resulta em múltiplos efeitos concorrentes, alguns benéficos, mas outros prejudiciais ao organismo. Três circunstâncias são possíveis:
1. Simultaneamente, um gene pode causar traços deletérios que são desequilibrados pelo valor de sobrevivência de traços positivos.
2. Um gene pode aumentar a aptidão física no organismo mais jovem e fértil, mas contribuir para diminuir a aptidão física mais tarde na vida. A contribuição reprodutiva nos estágios mais jovens da vida garantirá a disseminação de tal gene.
3. Um gene pode aumentar a aptidão física em alguns habitats, mas não em outros. Sua sobrevivência na população é então equilibrada. Um exemplo é um gene bacteriano que aumenta o uso da glicose às custas da capacidade de utilizar outras fontes de energia (como a lactose). Isto tem efeitos positivos quando há muita glicose, mas pode ser letal se a lactose for a única fonte alimentar disponível.
