Главнейшей чертой развития эволюционной теории в 20—30-е годы было формирование различных направлений, по которым шло экспериментальное и математическое изучение факторов и причин эволюции.
В эти годы начали интенсивно развиваться исследования по генетике популяций, по естественному и искусственному мутагенезу, гибридизации, геногеографии, борьбе за существование и естественному отбору, структуре вида и начальных этапов видообразования. Кроме того, были выполнены важные исследования в области феногенетики, экспериментальной эмбриологии и морфологии, которые создали базу для познания онтогенетических основ эволюционного процесса и закономерностей макрофилогенеза. Продолжались и классические эволюционные исследования в палеонтологии, сравнительной морфологии, сравнительной эмбриологии, биогеографии. Во всех перечисленных направлениях исследований эволюционного процесса самое активное участие приняли советские биологи, выступая зачастую их инициаторами и создателями.
К фундаментальным работам мирового значения, положившим начало синтезу генетики и дарвинизма, принадлежит классическая статья C. С. Четверикова «О некоторых моментах эволюционного процесса с точки зрения современной генетики» (1926). Четвериков сумел найти плодотворные пути естественного сближения и взаимного обогащения генетики и дарвинизма. Статья Четверикова заложила теоретические основы генетики природных популяций и послужила программой для многих экспериментальных исследований, выполненных как в нашей стране, так и за рубежом. Четвериков в генетическом плане глубоко проанализировал такие фундаментальные проблемы, как вид, изоляция, взаимодействие мутагенеза и отбора, размах изменчивости природных популяций. Он прозорливо предсказал, что природные популяции буквально насыщены разнообразными рецессивными мутациями, которые составляют неисчерпаемый материал для действия естественного отбора.
Положение Четверикова уже в 20-х — первой половине 30-х годов было подтверждено многочисленными исследованиями его учеников и последователей на различных видах Drosophila (Б. Л. Астауров, Е. И. Балкашина, Н. К. Беляев, С. М. Гершензон, Н. П. Дубинин, П. Ф. Рокицкий, Д. Д. Ромашов, Е. А. и Н. В. Тимофеевы-Ресовские). В итоге снималось одно из самых существенных возражений дарвинизму об отсутствии достаточного материала для действия естественного отбора.