Μια αυθόρμητη μετάλλαξη είναι μια μετάλλαξη που συμβαίνει σε φυσικές συνθήκες όταν δεν έχει εντοπιστεί η άμεση αιτία της μεταλλαξιογένεσης.
Αυθόρμητες μεταλλάξεις συμβαίνουν στα κύτταρα των οργανισμών συνεχώς, ακόμη και χωρίς έκθεση σε μεταλλαξιογόνους παράγοντες. Είναι συνέπεια σφαλμάτων κατά την αντιγραφή του DNA, σφαλμάτων στη λειτουργία των ενζύμων επιδιόρθωσης του DNA, αυθόρμητων χημικών μετασχηματισμών νουκλεοτιδίων και άλλων διεργασιών που συμβαίνουν φυσικά στο κύτταρο.
Η συχνότητα των αυθόρμητων μεταλλάξεων είναι συνήθως πολύ χαμηλή, της τάξης των 10^{ -5}-10^{ -8} ανά γονίδιο ανά γενιά. Ωστόσο, στο άθροισμα του γονιδιώματος ενός οργανισμού, οι αυθόρμητες μεταλλάξεις συμβάλλουν σημαντικά στη μεταβλητότητα των χαρακτηριστικών στους πληθυσμούς.
Οι περισσότερες αυθόρμητες μεταλλάξεις είναι θανατηφόρες ή ουδέτερες για τον οργανισμό. Λιγότερο συχνά, οδηγούν στην εμφάνιση νέων χρήσιμων χαρακτηριστικών. Ωστόσο, η αυθόρμητη μεταλλαξιογένεση θεωρείται η κύρια πηγή γενετικής διαφοροποίησης στους φυσικούς πληθυσμούς και σημαντικός παράγοντας στην εξέλιξη.