La evolución experimental se ocupa de probar hipótesis y teorías de la evolución mediante el uso de experimentos controlados. Generalmente hace uso de organismos con tiempos de generación rápidos y tamaño físico pequeño, a menudo microbios, para observar fenómenos que en organismos multicelulares grandes ocurren demasiado lentamente. La evolución experimental es biología evolutiva en su sentido más empírico, ya que implica el estudio de cambios en tiempo real en poblaciones, en lugar de inferir procesos evolutivos a partir de comparaciones entre poblaciones contemporáneas. Por tanto, es una herramienta poderosa para establecer un vínculo causal directo entre los procesos evolutivos y los patrones de adaptación.