En spontan mutation är en mutation som uppstår under naturliga förhållanden när den direkta orsaken till mutagenes inte har identifierats.
Spontana mutationer förekommer i organismers celler konstant, även utan exponering för mutagena faktorer. De är en följd av fel under DNA-replikation, fel i funktionen av DNA-reparationsenzymer, spontana kemiska transformationer av nukleotider och andra processer som förekommer naturligt i cellen.
Incidensen av spontana mutationer är vanligtvis mycket låg, i storleksordningen 10^{ -5}-10^{ -8} per gen och generation. Men i summan av genomet hos en organism ger spontana mutationer ett betydande bidrag till variationen av egenskaper i populationer.
De flesta spontana mutationer är dödliga eller neutrala för organismen. Mer sällan leder de till uppkomsten av nya användbara egenskaper. Emellertid anses spontan mutagenes vara den huvudsakliga källan till genetisk variation i naturliga populationer och en viktig faktor i evolutionen.