DNR pokyčiai pirmiausia atsiranda dėl natūralių klaidų, atsirandančių DNR replikacijos proceso metu. Jie taip pat gali atsitikti, kai vienas ar keli aplinkos veiksniai veikia DNR. DNR pokyčiai yra žinomi kaip mutacijos, neatsižvelgiant į jų kilmę.
Visa DNR sudaryta iš keturių skirtingų bazių: timino (T), citozino (C), adenino (A) ir guanino. Šios bazės jungiasi taip, kaip vadinamos bazių poromis. Kartu su cukraus ir fosfato molekulėmis šios poros sudaro nukleotidus, sudarančius dvigubos spiralės DNR grandinę, o bazinių porų sekų skirtumai sukuria genetinę dispersiją.
Paprastai, kai DNR replikuojasi, procesas prasideda nuo baltymo, vadinamo DNR helikaze. Šis baltymas suardo ryšius tarp bazių, taip atskirdamas DNR molekulę į dvi grandines. Antrasis baltymas, DNR polimerazė, kopijuoja kiekvieną atskirą DNR grandinę, kad būtų galima susidaryti nauja dvigrandė DNR molekulė. Klaida kopijoje įvyksta maždaug kartą per milijardą bazių arba dar rečiau.
Kaip rodo natūralus DNR replikacijos procesas, DNR reikalauja, kad cheminiai ryšiai tarp keturių pirminių bazių būtų stabilūs. Kai kurios cheminės medžiagos ir kiti aplinkos veiksniai, pvz., spinduliuotė, gali pakeisti nukleotidų bazes taip, kad jos imituotų kitas nukleotidų bazes. Jei taip atsitiks, kai DNR replikuojasi, pakeista bazė iš esmės painiojama su kita baze. Rezultatas yra tai, kad bazės susiporuoja neteisingai ir įvyksta mutacija.
Dauguma evoliucionistų, iš kurių bene garsiausias buvo Charlesas Darwinas, tikėjo, kad rūšys prisitaiko remdamosi DNR pokyčiais. Teorija teigia, kad naudingos genetinės mutacijos ilgainiui taps dažnos. Pavyzdžiui, kai kurioms žirafoms dėl genetinės mutacijos galėjo išsivystyti garsiai ilgi kaklai. Tie, kurių kaklas yra ilgesnis, gali turėti geresnę prieigą prie maisto aukščiau, todėl galėjo būti labiau linkę išgyventi ir perduoti mutavusį geną.
Nors kai kurie DNR pokyčiai gali būti naudingi, daugelis ne. Pavyzdžiui, vėžys, vienas ryškiausių DNR mutacijos pavyzdžių, daugelyje vietų yra pagrindinė mirties priežastis. Dėl šios priežasties daugelis mokslininkų savo pastangas skyrė tam, kad sužinotų daugiau apie DNR replikacijos procesą ir kaip gydyti genetines sąlygas taikant genų terapiją. Žinios apie DNR pokyčius taip pat sukelia tam tikrų prieštaravimų, pavyzdžiui, dėl vaisių, kurių testas teigiamas dėl tam tikrų genetinių ligų, abortų. Aplinkos ir sveikatos gynėjai taip pat ištyrė žmonių gaminamų cheminių medžiagų poveikį ir stengėsi reguliuoti medžiagas ir praktiką, kurios, kaip įrodyta, sukelia su DNR susijusias sveikatos problemas.