自然選択説（しぜんせんたくせつ、natural selection）とは、進化を説明するうえでの根幹をなす理論。厳しい自然環境が、生物に無目的に起きる変異（突然変異）を選別し、進化に方向性を与えるという説。1859年にチャールズ・ダーウィンとアルフレッド・ウォレスによってはじめて体系化された。自然淘汰説（しぜんとうたせつ）ともいう。日本では時間の流れで自然と淘汰されていくという意味の「自然淘汰」が一般的であるが、本項では原語に従って「自然選択」で統一する。
チャールズ・ダーウィンはロンドンでハトの品種改良を観察し、様々な品種の多様な形質に驚いた。またマルサスの人口論を読み、限られた資源を争うのは人間だけでなく全ての生物に当てはまるのではないか、そして人間に優劣があるように、生物も全て平等ではなく、生存と繁殖に有利さの差があるのではないかと考えた。それよりやや遅れてアルフレッド・ウォレスもアマゾンとマレー半島での動植物の観察とやはり『人口論』から同じような概念を持つに至った。この概念は1858年に二人の共同発見という形で発表された。ウォレスは自然選択を万能なものと考えたが、ダーウィンは後年、クジャクの求愛行動などからもう一つのメカニズムである性選択を提唱した。
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自然選択は生命の誕生以来、全ての生物に働いてきたと考えられる。そのためしばしば自然選択説は循環論的であると批判される。しかし実際に観察された現象から導き出された理論である。19世紀以前は「神の思し召しである」としか説明できなかった生物が持つ様々な性質の由来について、自然選択説に基づく観察は、それぞれ異なった説明を可能にした。
総合説に代表される「ネオ･ダーウィニズム」では自然選択を重視しているが、木村資生の中立進化説などの分子進化論では、自然選択にかかわらない中立な突然変異を起こした遺伝子が集団内に広がることも、進化にとって重要であるとしている。