자연선택(natural selection)은 여러 가지 다른 방법으로 개체군 내의 특정 대립유전자(allele) 및 표현형(phenotype)의 빈도(frequency)에 영향을 미칩니다. 주로 자연선택은 방향성 선택(directional selection), 안정화 선택(stabilizing selection) 또는 분단성 선택(disruptive selection)일 수 있습니다. 방향성 선택은 한 가지 극단적인 형질(trait)을 선호하며, 다른 형질을 나타내는 개체를 선택해 그에 해당하는 표현형 쪽으로 개체군을 이동시킵니다. 안정화 선택은 변이 범위가 좁은 중간 형질을 선호합니다. 이 경우 최적의 표현형에서 극단적인 표현형으로의 이탈은 선호되지 않습니다. 마지막으로, 분단성 선택은 표현형의 양극단을 모두 선택하며, 중간 표현형은 도태됩니다.
방향성 선택은 극단적인 한 표현형을 선호합니다. 예를 들어 홍연어(sockeye salmon)의 경우, 연구를 통해 방향성 선택이 계절을 따른 이주를 선호한다는 것을 알게 되었습니다. 이는 어업으로 인한 포식압(predation pressure) 때문으로 여겨지는데, 어업이 이주 시기 후반에 증가하기 때문입니다. 따라서, 물고기들이 일찍 도착해서 산란하는 연어는 어부들에게 잡히기 전에 목적지에 도착해 번식할 수 있는 더 나은 기회를 얻을 수 있습니다.
특정한 비극단적 표현형이 선호되는 경우 이를 안정화 선택이라고 합니다. 예를 들어 많은 종의 새에서 한배 산란수(clutch size)는 최적의 범위 안에 유지됩니다. 댕기물떼새(lapwing)와 검은가슴물떼새(golden plover)는 일반적으로 4개의 알을 낳습니다. 여기 작용하는 최적화(optimization)는 모든 새끼에게 충분한 자원을 공급할 수 있을 만큼 한배 산란수를 낮게 유지하는 것과 최소한 일부 새끼는 성인이 될 때까지 생존할 수 있을 만큼 충분한 수를 갖는 것 사이의 절충안입니다. 이는 새의 종들 사이에서 흔한 현상입니다.
일부 시나리오에서는 중간 형질보다 두 가지 극단적인 형질이 더 유리할 수 있습니다. 아프리카의 black-bellied seedcracker새(Pyrenestes ostrinus)는 성별, 신체 크기, 나이 또는 지리적 기원에 의해 결정되지 않는 부리 크기의 다형성(polymorphism)을 보여줍니다. 큰 부리와 작은 부리, 이렇게 두 가지 주요 형태가 존재하는데, 이 형질은 단일 상염색체(autosomal chromosome; autosome) 유전자자리(locus; 유전자좌)에 의해 조절되며, 큰 부리가 현성(dominant)입니다. 이 두 가지 뚜렷한 부리 형태는 새가 서로 다른 사초(sedge grass)의 씨앗을 더 쉽게 먹을 수 있게 합니다. 작은 부리 새는 주로 부드러운 씨앗을 가진 사초종의 씨앗을 먹지만, 큰 부리 새는 다른 사초종의 단단한 씨앗을 깨서 먹을 수 있습니다. 하지만 중간 크기의 부리를 가진 새는 두 사초종 모두 쉽게 먹을 수 없어 거의 볼 수 없습니다.
