Una mutación espontánea es una mutación que ocurre en condiciones naturales cuando no se ha identificado la causa directa de la mutagénesis.
Las mutaciones espontáneas ocurren en las células de los organismos constantemente, incluso sin exposición a factores mutagénicos. Son consecuencia de errores durante la replicación del ADN, errores en el funcionamiento de las enzimas reparadoras del ADN, transformaciones químicas espontáneas de nucleótidos y otros procesos que ocurren naturalmente en la célula.
La incidencia de mutaciones espontáneas suele ser muy baja, del orden de 10^{ -5}-10^{ -8} por gen por generación. Sin embargo, en la suma del genoma de un organismo, las mutaciones espontáneas contribuyen significativamente a la variabilidad de los rasgos en las poblaciones.
La mayoría de las mutaciones espontáneas son letales o neutras para el organismo. Con menos frecuencia, conducen a la aparición de nuevos rasgos útiles. Sin embargo, la mutagénesis espontánea se considera la principal fuente de variación genética en las poblaciones naturales y un factor importante en la evolución.