La pléiotropie a une signification pour la théorie de l'évolution. On a souvent affirmé que certaines caractéristiques héréditaires des animaux ne sont pas le produit de l'adaptation par la sélection naturelle. Une grande partie de cette affirmation peut s'expliquer par le pléiotropisme. Une forte sélection pour un ou deux aspects de la fonction des gènes entraînera automatiquement d'autres traits pléiotropes. Ces autres traits, bien qu'hérités, peuvent être neutres ou même légèrement délétères en termes de sélection.
La pléiotropie antagoniste fait référence à l'expression d'un gène qui entraîne de multiples effets concurrents, certains bénéfiques et d'autres préjudiciables à l'organisme. Trois circonstances sont possibles :
1. Simultanément, un gène peut provoquer des traits délétères qui sont contrebalancés par la valeur de survie des traits positifs.
2. Un gène peut augmenter la condition physique d'un organisme jeune et fertile, tout en contribuant à la diminution de la condition physique plus tard dans la vie. La contribution de la reproduction aux stades les plus jeunes de la vie assurera la propagation d'un tel gène.
3. Un gène peut augmenter la capacité de certains habitats, mais pas d'autres. Sa survie dans la population est alors équilibrée. Un exemple est un gène bactérien qui améliore l'utilisation du glucose au détriment de la capacité à utiliser d'autres sources d'énergie (comme le lactose). Cela a des effets positifs lorsqu'il y a beaucoup de glucose, mais peut être mortel si le lactose est la seule source alimentaire disponible.
