自然選択の実効性を証明する古典的かつ決定的な事例として、ガラパゴス諸島の鳥類とキリンの形態進化が挙げられます。
ガラパゴスフィンチ：40年にわたる野外追跡が捉えた「進化の瞬間」
ダーウィンがビーグル号の航海で訪れたガラパゴス諸島に生息するダーウィンフィンチは、島ごとに異なる餌環境に応じて、くちばしの厚さや形状が多様に分化しています。かつては数万年単位の緩慢な変化と考えられていましたが、プリンストン大学のピーター＆ローズマリー・グラント夫妻による40年以上の継続観察調査によって、環境激変下では数年単位で自然選択が起きることが実証されました。
1977年にダフネ・メジャー島を襲った大干ばつでは、小型の柔らかい種子が激減し、硬く大きな種子（トリビュラス）しか残らない状況が発生しました。その結果、わずか1世代で大型で厚いくちばしを持つ個体の生存率が跳ね上がり、集団全体の平均くちばしサイズが約4〜5%大型化しました。逆にその後の多雨期には小型のくちばしが有利となり、集団の形質が揺れ動く様子が克明に記録されています。
キリンの首：ラマルク「用不用説」との対比と現代の複合仮説
「高い場所の葉を食べるために首を伸ばし続けた結果、首が長くなった」という説明は、ジャン＝バティスト・ラマルクが唱えた用不用説（獲得形質の遺伝）の典型例であり、現代の遺伝学では否定されています。後天的に伸ばした首の長さはDNAの塩基配列を書き換えないため、子孫には遺伝しません。
キリンの首における自然選択説では、「偶然首がわずかに長い変異を持つ個体」が、乾季の食料不足時に高い木の葉を独占して生存率・繁殖率を高めた結果、数百万年をかけて形質が集団内に定着したと説明されます。近年では食料獲得だけでなく、オス同士が首を激しく打ち付け合う闘争（ネッキング）において長い首が有利に働いたとする「性淘汰複合説」も有力視されており、多角的な選択圧が働いた経緯が明らかになっています。
