Ha élőlények kapcsolatba lépnek egymással, akkor szelekciós nyomást is gyakorolnak egymásra. Az evolúciós változás tehát reciprok evolúciós változást vált ki egy másik fajban, azaz interspecifikus interakció lép fel, amely sokszor több lépésből áll. A koevolúció definiálható úgy, mint két vagy több populáció génállományában a másik populáció hatására bekövetkező, természetes szelekciónak köszönhető olyan változások együttese, melyek a tűrőképesség változását idézik elő.

Maga a „koevolúció” többféle fogalmat takar. A legegyszerűbb esetben két partner közötti olyan evolúciós kapcsolat, melyben reciprok hatások érvényesülnek, azaz az egyik résztvevő változást indukál a másikban, majd annak megváltozása újra változást idéz elő az elsőben (specifikus koevolúció). Már Darwin is tanulmányozta az orchideák megporzása kapcsán. Az orchideák virágai annak megfelelően alakultak ki, hogy az őket megporzó rovarok könnyebben láthassák el pollinátor funkcióikat. Ez a rovarokban is specializált struktúrák kialakulását indukálta.

A természetes szelekció a szimbiózist (két, többé-kevésbé szorosan együttélő organizmus közötti interakció, pl. parazitizmus, kommenzalizmus) és ezen belül a mutualizmust (a szimbiózis olyan alesete, melynél mindkét fél profitál az interakcióból) a koevolúció felé tereli.

Másrészt kialakulhat fegyverkezési verseny (evolutionary arms race) pl. a ragadozó-préda viszonylatban, amikor a ragadozó egyre hatékonyabb a zsákmány elejtésében, amire a préda hatékonyabb menekülési módszereket, elkerülési adaptációkat fejleszt ki, erre a ragadozó ismét növeli hatékonyságát stb. Ezeket ellen-adaptációnak (counter-adaptation) hívják. Már Darwin szép példákat hozott: a farkas és zsákmányállatai is ilyen versenyt folytatnak. Szép példái továbbá a tengeri csigák és a csigaevő rákok (egyre keményebb héj, egyre nagyobb olló).

A kölcsönös ellen-adaptációk sorozata eszkalációhoz vezethet: az élet egyre veszélyesebbé vált az evolúciós időskálán. A ragadozók egyre jobb „támadó fegyvereket”, a prédafajok egyre jobb védekező mechanizmusokat hoztak létre.