En spontan mutation er en mutation, der opstår under naturlige forhold, når den direkte årsag til mutagenese ikke er blevet identificeret.
Spontane mutationer forekommer konstant i organismers celler, selv uden udsættelse for mutagene faktorer. De er en konsekvens af fejl under DNA-replikation, fejl i funktionen af DNA-reparationsenzymer, spontane kemiske transformationer af nukleotider og andre processer, der forekommer naturligt i cellen.
Forekomsten af spontane mutationer er normalt meget lav, i størrelsesordenen 10^{ -5}-10^{ -8} pr. gen pr. generation. Men i summen af en organismes genom yder spontane mutationer et væsentligt bidrag til variabiliteten af egenskaber i populationer.
De fleste spontane mutationer er dødelige eller neutrale for organismen. Mindre ofte fører de til fremkomsten af nye nyttige egenskaber. Imidlertid betragtes spontan mutagenese som den vigtigste kilde til genetisk variation i naturlige populationer og en vigtig faktor i evolutionen.