Виникають під впливом природних мутагенів екзо-або ендогенного походження, без спеціального (цілеспрямованого) втручання людини. Спонтанні мутації виникають, наприклад, в результаті дії хімічних речовин, що утворюються в процесі метаболізму; впливу природного фону радіації або УФ-випромінювання; помилок реплікації. До появи спонтанних мутацій призводять помилки реплікації, неправильне формування комплементарних пар основ або структурні спотворення ДНК під дією природних мутагенів. Спонтанні мутації можуть викликати сприятливі і несприятливі генетичні зміни. Приблизний рівень спонтанного мутування - одна мутація на кожні клітин. Чисельна частка мутантів в клітинної популяції для різних ознак.

У результаті нормального процесу мейозу в людини утворюються гамети з гаплоїдним набором хромосом (23 хромосоми). Коли обидві хромосоми однієї пари не розділяються і залишаються в одній і тій же зародковій клітині (нерозходження), то остання містить 24, а інша тільки 22 хромосоми. Подібний результат може спостерігатися у випадку, коли дві гомологічних хромосоми не кон'югують. Якщо при заплідненні одна з гамет містить на одну хромосому менше, то виникає моносомна зигота, з якої розвивається переважно нежиттєздатний ембріон. Гамета з 24 хромосомами після запліднення нормальною гаметою з 23 хромосомами є причиною трисомїї.

Мутації в нестатевих (соматичних) клітинах - проявляються у того індивіда, у якого вони виникають. Вони передаються при розподілі тільки дочірнім клітинам і не успадковуються наступним поколінням індивіда. Соматичні мутації, викликані у Рослинах іонізуючою радіацією Зліва – нормальна квітка З права – після мутації Соматичні мутації, викликані у Рослинах іонізуючою радіацією Зліва – нормальна квітка З права – після мутації

Зазвичай не впливають на життєдіяльність організму (наприклад, мутації, що викликають веснянки, зміна кольору волосся, райдужної оболонки ока). Блакитний колір очей це результат мутації в гені HERC2, через яку у носіїв такого гена знижена вироблення меланіну у райдужній оболонці ока. Виникла ця мутація приблизно 6-10 тис. років тому.

Це будь-які зміни молекулярної структури ДНК. Деякі мутації не впливають на функцію відповідного поліпептиду (наприклад, заміна нуклеотидів, не призводить до заміни амінокислоти в силу виродженість генетичного коду). Значна частина точкових мутацій порушує функціонування гена і призводить до розвитку генних (моногенних) хвороб. Фенотипно генні хвороби проявляються ознаками порушень метаболізму (наприклад: фенілкетонурія, гемофілія, нейрофіброматоз, муковісцидоз, м'язова дистрофія Дюшенна-Беккера, гемоглобінопатія S).

До фізичних мутагенів належать різні види випромінень, температура, вологість та ін. Основні механізми дії: – порушення структури генів і хромосом; – утворення вільних радикалів, що вступають у хімічну взаємодію з ДНК; – розриви ниток ахроматинового веретена поділу; – утворення димерів нуклеотидів;

Тривалий час причини мутацій залишалися нез'ясованими. Лише 1927 року американський генетик Герман Джозеф Мюллер встановив, що мутації можна викликати штучно. Опромінюючи рентгенівськими променями дрозофіл, він спостерігав у них різноманітні мутації. Фактори, здатні спричиняти мутації, називають мутагенними. За походженням мутагенні фактори бувають фізичними, хімічними та біологічними.

Хімічні мутагени здатні викликати мутації усіх типів (переважно генні). Наприклад, алкалоїд колхіцин руйнує веретено поділу, що призводить до подвоєння кількості хромосом у клітині. Газ іприт, який застосовується як хімічна зброя, підвищує частоту мутацій у експериментальних мишей до 90 разів.

Великий внесок у вивчення мутагенів внесла українська школа генетиків на чолі з академіком С.М. Гершензоном ( ) Відомо багато хімічних мутагенів: природні органічні і неорганічні речовини (нітрити, нітрати, алкалоїди, гормони, ферменти та ін.) продукти промислової переробки природніх сполук – вугля, нафти; синтетичні речовини – інсектициди, пестициди, харчові консерванти, лікарські речовини; деякі метаболіти організма людини – кортикостероїдні, статеві гормони

До біологічних мутагенів відносять віруси, невірусні паразитарні агенти (мікоплазми, бактерії, рикетсії, найпростіші, гельмінти). У 1958 р. радянський генетик С.І. Аліханян показав, що віруси викликають мутації у актиноміцетів. Установлено, що в клітинах, уражених вірусами, мутації спостерігаються значно частіше, ніж у здорових клітинах. Віруси викликають як генні, так і хромосомні мутації, вводячи певну кількість власної генетичної інформації в генотип клітини-хазяїна. Вважають, що ці процеси грали важливу роль у еволюції прокаріот, оскільки віруси можуть переносити генетичну інформацію між клітинами різних видів (так званий горизонтальний перенос генів). Продукти життєдіяльності паразитів діють як хімічні мутагени.