Spesiasi adalah pembentukan dua atau lebih spesies dari satu spesies yang telah ada atau telah punah. Spesies yang terbentuk berbeda dengan spesies yang ada sebelumnya. Spesiasi sangat terkait dengan evolusi, keduanya merupakan proses perubahan yang berangsur-angsur, sedikit demi sedikit, secara gradual, perlahan tetapi pasti terjadi. Spesiasi lebih ditekankan pada perubahan yang terjadi pada populasi jenis tertentu.
Individu-individu dalam suatu populasi pada awalnya dapat mengadakan perkawinan sehingga dapat berkembang biak. Namun individu ini terhalang oleh tempat yang berlainan sehingga individu itu akan menyesuaikan diri dengan lingkungan baru. Organisme ini mengembangkan alat, cara dan waktu reproduksi. Apabila organisme yang telah terpisah jauh dan mengembangkan reproduksinya disatukan, maka tidak akan dapat bereproduksi seperti semula, hal tersebut disebut Isolasi reproduksi.
Kecepatan spesiasi maupun kepunahan sebagian tergantung pada ukuran kisaran geografis dari suatu daerah. Daerah yang luas cenderung meningkatkan kecepatan spesiasi dan menurunkan kecepatan kepunahan. Jenis yang terdapat di daerah yang luas akan mengalami spesiasi lebih cepat, sedangkan menurunnya luas area akan meningkatkan kepunahan suatu jenis, jadi menurunkan jumlah jenis yang akan mengalami spesiasi.
Model- model spesiasi pada tingkat populasi ada dua yaitu sebagai berikut:
1. Spesiasi Alopatrik (Allopatric Speciation) Terjadinya spesiasi alopatrik banyak dibuktikan melalui studi variasi geografi. Isolasi geografis adalah terpisahnya satu spesies menjadi dua atau lebih kelompok populasi oleh suatu keadaan geografis. Spesies yang beranekaragam secara geografis dari seluruh karakter dapat menghalangi pertukaran gen antara spesies simpatrik. Populasi yang terpisah secara geografis dapat terisolasi oleh kemandulan atau perbedaan perilaku (ketika diuji secara eksperimen) dibandingkan dengan populasi yang berdekatan. Populasi yang terisolasi mungkin tidak dapat melakukan interbreeding jika mereka bertemu, karena bentuknya sangat menyimpang (divergent) dan kemudian masuk ke dalam simpatrik tetapi tidak terjadi interbreeding.
Isolasi geografis dan penghalang geografisnya dapat mencegah alel dari suatu populasi menyebar ke dalam populasi lainnya sehingga tidak terjadi aliran atau pertukaran gen. Contoh dari spesiasi alopatrik ini adalah hasil evolusi dari populasi burung kutilang (finchs) di Kepulauan Galapagos yang terpisah dari populasi induknya di Benua Amerika bagian selatan.
2. Spesiasi Simpatrik terjadi diantara dua kelompok dalam lingkungan yang sama. Spesies ini terjadi melalui beberapa cara, yaitu isolasi sebelum perkawinan dan isolasi sesudah perkawinan.
a.Isolasi sebelum perkawinan (Pre-mating isolation/prezygotic barrier)
Isolasi sebelum perkawinan menghalangi perkawinan antara spesies atau merintangi pembuahan telur jika anggota-anggota spesies yang berbeda berusaha untuk saling mengawini. Isolasi ini terdiri dari :
1) Isolasi temporal yang disebabkan oleh adanya perbedaan masa kawin atau kematangan gamet terjadi pada saat yang berbeda. Contohnya : Lalat buah Drosophilla pseudobscura memiliki masa kawin di sore hari sedangkan Drosophilla pseusimilis memiliki masa kawin di pagi hari. Contoh lainnya adalah Pinus radiata yang berbunga pada Bulan februari dengan Pinus muricata yang berbunga pada Bulan April.
2) Isolasi ekologi, disebabkan karena 2 spesies yang berkerabat dekat terdapat di daerah geografi yang sama, namun di habitat yang berbeda. Isolasi ekologi juga dapat menyebabkan isolasi reproduksi yang kemudian diikuti spesiasi jika anggota-anggota populasi menempati nisia (relung) ataupun habitat yang berbeda. Contohnya, katak Bufo woodhousei yang hidup di air yang tenang dengan katak Bufo americanus yang hidup di habitat kubangan air hujan. Keduanya tidak mau melakukan perkawinan, tetapi jika dilakukan perkawinan buatan akan menghasilkan keturunan yang fertil. pohon kawin di danau yang tidak permanen (kubangan) sedangkan katak banteng kawin di danau atau badan air yang lebih besar/permanen.
Contoh lainnya adalah tanaman Plantannus occidentalis yang hidup di wilayah sebelah timur Indonesia dengan Plantanus Orientalis yang hidup di wilayah sebelah barat Indonesia. Jika kedua tanaman di tanam pada tempat yang sama tidak akan terjadi penyerbukan . Tetapi jika dilakukan penyerbukan buatan akan menghasilkan keturunan yang fertil.
3) Isolasi perilaku, disebabkan karena adanya perbedaan perilaku tertentu atau ritual yang berbeda – beda pada masa kawin, dan perilaku tersebut hanya dapat dimengerti oleh pasangan dari spesies yang sama sehingga spesies lain tidak mengerti, sehingga tidak terjadi perkawinan. Contohnya burung bower Australia jantan, akan menghiasi sarangnya untuk menarik perhatian betinanya, setelah betina memasuki sarang maka jantan akan menari dan memainkan nada–nada kicauan setelah ritual selesai maka terjadilah perkawinan dikarenakan pasangan dari satu spesies ini saling mengerti.
4) Isolasi mekanik, terjadi pada hewan-hewan atau tumbuhan yang reproduksinya dihambat oleh letak atau struktur alat-alat kelamin yang tidak sesuai dengan pasangannya. Contoh adalah bunga Salvia apisna dengan Salvia mellifera. Lebah yang membawa serbuk sari bunga Salvia apiana tidak dapat masuk untuk menyerbuki putik bunga Salvia mellifera. Contoh lainnya adalah anjing jantan ras pudel yang bertubuh kecil dan berkaki pendek tidak dapat mengawini anjing betina ras Chow-chow yang besar.
5) Isolasi gamet, mengisolasi organisme-organisme yang matang secara reproduksi pada waktu yang sama, tetapi ketidaksesuaian fisiologis gamet-gamet mencegah terbentuknya hibrid. Contoh pada ikan, ikan yang meletakkan telurnya di air tidak akan dibuahi oleh sperma dari spesies yang berbeda karena selaput sel telur mengandung protein tertentu yang hanya dapat mengikat molekul sel sperma dari spesies yang sama.
b.Isolasi Setelah Perkawinan (Post-mating isolation/Postzigotic barrier)
Hal ini terjadi jika sel sperma dari satu spesies membuahi ovum dari spesies yang lain, maka barier postzigot akan mencegah zigot hibrida itu untuk berkembang menjadi organisme dewasa yang bertahan hidup dan fertil. Mekanisme ini dapat terjadi melalui:
1) Kematian zigot (zygotic mortality)
Sel telur yang telah dibuahi oleh sperma spesies lain (zigot hibrid) seringkali tidak mengalami perkembangan regular pada setiap stadianya, sehingga zigot tersebut mengalami abnormalitas dan tidak mencapai tahapan maturitas yang baik atau mengalami kematian pada stadia awal perkembangannya. Di antara banyak spesies katak yang termasuk dalam genus Rana, beberapa diantaranya hidup pada daerah dan habitat yang sama, dan kadang-kadang mereka bisa berhibridisasi. Akan tetapi keturunan yang dihasilkan umumnya tidak menyelesaikan perkembangannya dan akan mengalami kematian.
2) Perusakan hibrid (hybrid breakdown)
Pada beberapa kasus ketika spesies berbeda melakukan kawin silang, keturunan hibrid generasi pertama dapat bertahan hidup dan fertil, tetapi ketika hibrid tersebut kawin satu sama lain atau dengan spesies induknya, keturunan generasi berikutnya akan menjadi lemah dan mandul. Sebagai contoh, spesies kapas yang berbeda dapat menghasilkan keturunan hibrid yang fertil, tetapi kerusakan terjadi pada generasi berikutnya ketika keturunan hibrid itu mati pada saat berbentuk biji atau tumbuh menjadi tumbuhan yang cacat dan lemah.
3) Sterilitas hibrid
Hibridisasi pada beberapa spesies dapat menghasilkan keturunan yang sehat dan hidup normal akan tetapi hibrid tersebut mengalami sterilitas. Terjadinya sterilitas ini disebabkan oleh inkompatibilitas genetik yang nyata sehingga tidak dapat menurunkan keturunannya. Contoh hibrid yang steril antara lain: mule (hibrid antara keledai dan kuda), cama (hibrid antara onta dan ilama), tiglon (hibrid anatara macan dan singa), zebroid (hibrid antara zebra dan kuda).