關於查爾斯·達爾文的“物種起源”理論具有諷刺意味的事實之一是：雖然該理論提供了充足的證據，證明新物種由已有物種進化而來，但並未告訴我們這是如何發生的。不難發現自然選擇能導致某個物種隨時間變化，但單一物種為何分裂成進化樹上的兩個完全不同的分支卻不是那麼清楚。假如某一外部改變使某個種群的成員較其他種群的成員更容易存活，那麼毫無疑問，這一改變會使整個物種向那個方向進化。兩個單獨的物種如何能源自一個物種？
物種形成是個複雜的事情，發生的規模和所需時間完全不同。沒有理由認為，它僅由一種力量控製——畢竟我們知道，與基因突變和現有基因重組相關的還有環境影響、資源衰竭、寄生蟲、遷移和疾病。因此，雖然科學家提出了很多理論和觀點來說明物種形成的原因，但它仍然是生物學上的最大難題之一。
在圍繞這一難題的一係列行動中，有兩個非常引人注目的趨勢。一個是，把關注的焦點從認為物種形成是重大的環境和地理改變的直接結果這樣一些理論移開；新焦點認為物種形成發生在無任何劇烈改變的情況下，即發生在處於幾乎相同的環境中，而且是非常相似的生物的某一雜種繁殖種群中。
另一個趨勢是：研究者越來越多地利用數學模型。該方法更常用於探究物理問題。研究人員利用這些模型描述物種形成的自然動態。而且，當把數學模型應用到“非劇烈的”物種形成的情形中時，它們產生了一些非常有趣的結果。
數學運算顯示，物種形成遠非一個令人吃驚的現象，如果不出現這一現象倒非常奇怪了。導致這一結果的過程似乎與使宇宙充滿物質以及產生亞原子粒子、行星、沙丘，還有最後產生人類的過程完全相同。看起來似乎不可思議，但中子、獨角鯨、電子和大象的不同特點在某種程度上都要歸因於一個決定物質世界中大量現象的原理。
物理學家和數學家通常稱該原理為“對稱破裂”。一個例子是沙丘的形成。簡化為理想的數學模型：一股始終不變的風吹過一處始終不變的沙漠將產生平行的沙脊。沒有特色的沙漠具有平麵的所有對稱性：旋轉任意角度，看起來都是一樣的。但是，風降低了對稱程度：平行的沙脊把一個明確的方向引入景觀。
這種對稱破裂自然地發生在任何地方。例如，假如你從底部均勻加熱一個盛有液體的平盤，那麼在某一臨界溫度，會出現一個複雜的對流單體圖案，將一致性打破。對流單體一般為六邊形，還有少量為五邊形，而且它們大小幾乎相同。如同沙丘的情況一樣，在這個例子中，對稱被打破，變成一個大致為六邊形格子的對稱。
然而，對稱破裂與物種形成有什麼關係呢？雖然對有性種群中的“同一物種”的最常見定義是“能夠雜交繁殖”，但是生物學家一段時間以來一直在尋找另外一個定義取而代之，因為在大多數的情況下，這一定義不合適。
生物學家沒有尋找對物種的一個正式定義，而是回到更加直覺的觀點，即如果生物體實際上無法區分，那麼就屬於同一物種。相似的程度可以通過列出解剖和行為特征，然後觀察二者有多匹配來量化。這時就牽扯到對稱性了。
一個物體或係統的對稱性就是保持其結構的一種變形。就物種形成而言，變形是重新排列，即改組模型中使用的標簽來識別個體生物。
根據這一觀點，對某個物種的定義就是它是對稱的，物種形成就是對稱破裂的一種形式。有了這一定義，數學家和物理學家就能應用現有的對稱破裂原理。該原理描述了特定的一個對稱群體一般如何、為何和何時分裂為亞群——在這裏指物種。
那麼造成最初分裂的原因是什麼呢？我們有關物理學中對稱破裂的知識顯示，關鍵的一步是種群中出現某種不穩定性。物理學中的一個例子是，用越來越大的力量彎曲一根棍子，某件東西突然屈服了——棍子斷成兩截。為什麼？因為斷成兩截是個穩定的狀態，而一根受到過大應力的棍子是不穩定的。對稱性迅速喪失，而且是不可逆的。
物種形成的對稱破裂模型確實顯示，不穩定性可以是一個觸發因素。確切地說，假如小的形狀或行為改變一般能在後代中減弱，那麼就能稱一個物種“穩定”。假如因為新生代改組親代的基因，自然選擇又拋棄運轉不那麼良好的基因組合，這些改變變得失控，那麼物種就是不穩定的。
我們至少可以說，對稱破裂方法使我們對整個問題有了新的看法。物種因為不可控製地喪失穩定性而發生演變。事件發生的實際順序——哪一個基因做了什麼，以及以什麼順序——決定對該穩定性喪失的具體反應，不過這取決於令人困惑的各種偶然因素，比如哪些鳥的喙較大、哪些鳥的喙較小。概括地說，此類細節不如總的環境重要。它們看起來似乎是物種形成的原因，但實際上，隻是影響深遠的不穩定性的結果。一個受到過大應力的棍子必定斷裂。
一個受到過大應力的鳥群，要麼必定形成新的物種，要麼必定消亡。物種形成並不令人吃驚，它隻是世界運轉的方式。