La ley de Hardy-Weinberg establece que la frecuencia génica (frecuencia de los distintos alelos de un gen dado) permanece constante de una generación a la siguiente si la selección natural y los factores aleatorios no actúan para producir cambios; no obstante, estas frecuencias pueden cambiar si actúa la selección natural, permitiendo, en algunos casos, crear modelos espaciales.
Este es el caso de la enfermedad conocida como anemia de las células falciformes producida por la homocigosidad de un alelo; aunque los homocigóticos mueren antes de alcanzar la madurez sexual, este alelo defectuoso tiene frecuencias relativamente altas en aquellas zonas del mundo donde el número de casos de malaria es elevado; esto es debido a que los heterocigóticos que presentan este alelo son resistentes a la enfermedad; de esta forma, la distribución del alelo defectuoso dibuja también el mapa de la incidencia de la malaria.
La migración o el flujo de genes es otro proceso que puede modificar las frecuencias génicas. Cuando los individuos de una población se trasladan y se cruzan con los de otra población se puede producir un cambio en las frecuencias alélicas de este segundo núcleo poblacional; esto ocurre cuando las frecuencias génicas del primer grupo son diferentes a las de los individuos residentes. A lo largo de Europa, del sureste al noroeste, la población humana muestra un gran gradiente en la frecuencia de muchos genes, como los relacionados con los grupos sanguíneos y muchas enzimas; es posible que ese gradiente se deba a una ola de emigración seguida de una explosión demográfica posterior al origen de la agricultura en el Oriente Próximo, hace 8.000-10.000 años. A medida que los nómadas se expandieron, llevaron consigo genes distintivos que se diluyeron de manera progresiva, a medida que se producían entrecruzamientos en lugares cada vez más alejados del lugar en que se originó la agricultura, creando el mapa genético europeo que vemos en la actualidad.
Si la fuerza de la selección natural cambia, la frecuencia génica también cambiará; por ejemplo, la frecuencia del gen de la hemoglobina de las células falciformes descendió en las poblaciones africanas cuando se trasladaron a regiones de Norteamérica en las que no había malaria. Si se aplica la teoría matemática de las poblaciones genéticas a la tasa de mortalidad de los individuos con dos copias del gen de las células falciformes, se puede estimar con exactitud la tasa de ese descenso. La genética de poblaciones tiene muchas otras aplicaciones médicas, como determinar el alcance de la resistencia antibiótica de los microbios y el descenso de la enfermedad de Tay-Sachs (un trastorno genético que causa retraso mental) en poblaciones de judíos que, para prevenir la enfermedad, realizan una selección consciente de la pareja.